Laser-to-ion energy conversion efficiency is important for ion-beam driven inertial confinement fusion. We propose to use a suitable plasma waveguide to enhance ion acceleration driven by an ultrashort ∼1021 W cm−2 laser pulse. Three-dimensional (3D) particle-in-cell (PIC) simulations show that, compared with that of the standard planar target, more than an order of magnitude increase of the maximum ion energy and energy conversion efficiency is possible. In particular, with a laser of intensity W cm−2, duration 26.7 fs and energy 0.85 J, 3D PIC simulations show that one can obtain 46 MeV protons and 150 MeV carbon ions, and ∼15% laser-to-ion energy conversion efficiency.
レーザーからイオンへのエネルギー変換効率は、イオンビーム駆動型慣性核融合にとって重要である。我々は、適切なプラズマ導波路を用いることで、超短パルス〜1021 W cm−2レーザーによるイオン加速を増強することを提案する。3次元（3D）粒子インセル（PIC）シミュレーションにより、標準的な平面ターゲットと比較して、最大イオンエネルギーおよびエネルギー変換効率を1桁以上増加させることが可能であることが示される。特に、強度 W cm−2、持続時間26.7 fs、エネルギー0.85 Jのレーザーを用いた場合、3D PICシミュレーションにより、46 MeVの陽子と150 MeVの炭素イオン、および〜15%のレーザーからイオンへのエネルギー変換効率が得られることが示される。