A new mechanism for direct laser energy coupling to heavier ion species in the presence of an external magnetic field has been illustrated. It has been shown that at higher amplitude, the ion disturbances form magnetosonic solitons. A 2D particle-in-cell simulation for an incident laser beam normal to an overdense plasma target in the presence of an external magnetic field has been carried out for this purpose. The external magnetic field is chosen such that the heavier ions remain unmagnetized but the lighter electron species get magnetized at the laser frequency. For conventional lasers of ∼1 μm wavelengths, the magnetic field requirement satisfying the aforementioned condition turns out to be of the order of several hundreds of kilo Tesla. This requirement goes down by one order if pulsed CO2 lasers with wavelengths of ∼10 μm are employed. At present, magnetic fields of several kilo Tesla have already been generated in the laboratory. Keeping this in view, the simulations have been carried out for the pulsed CO2 laser parameters. It is shown that the ion heating is enhanced considerably in the presence of an external magnetic field. Furthermore, it is shown that at a higher intensity of the laser, the ion disturbances acquire higher amplitude to excite Korteweg–de Vries magnetosonic solitons. The solitons, as expected, propagate stably for several thousands of ion plasma periods. However, subsequently, they are seen to develop transverse modulations which grow with time.
外部磁場の存在下で、より重いイオン種への直接的なレーザーエネルギー結合の新しいメカニズムが示された。より高い振幅では、イオン擾乱が磁気音波ソリトンを形成することが示されている。この目的のために、外部磁場の存在下でオーバーデンスプラズマターゲットに垂直に入射するレーザービームに対する2D粒子インセルシミュレーションが実施された。外部磁場は、より重いイオンは非磁化のままであるが、より軽い電子種がレーザー周波数で磁化されるように選択される。約1μmの波長を持つ従来のレーザーでは、前述の条件を満たす磁場要件は、数百キロテスラのオーダーであることがわかる。この要件は、約10μmの波長を持つパルスCO2レーザーを使用する場合、1桁低下する。現在、数キロテスラの磁場がすでに実験室で生成されている。このことを考慮して、シミュレーションはパルスCO2レーザーパラメータに対して実施された。外部磁場の存在下でイオン加熱がかなり増強されることが示されている。さらに、レーザーの強度が高いと、イオン擾乱はより高い振幅を獲得し、コルトウェーグ・ド・フリース磁気音波ソリトンを励起することが示されている。ソリトンは、予想通り、数千のイオンプラズマ周期にわたって安定に伝播する。しかし、その後、時間とともに成長する横方向変調を発現することが観察される。