We report results from laser-solid experiments at PALS using an x-ray laser probe with a pulse length of 0.1 ns and a wavelength of 21.2 nm. A laser with a pulse length of 0.3 ns, a peak intensity of up to 5 × 1013 W cm−2 and a wavelength of 1.3 µm was focused to a 0.15 mm wide line on 3 mm long zinc and 1 mm long iron targets and the probe was passed along the length of the plasma formed. The results show plasma 'hairs', or filaments, appearing only below the critical density, 0.1 ns before the peak of the laser pulse. The plasma around the critical density was clearly imaged and remained uniform. Magneto-hydrodynamic modelling indicates that this is caused by a magnetic field that diffuses from the critical surface, where it is generated, leading to a magnetic pressure comparable to the plasma pressure below the critical density. A dispersion relation is derived for density perturbations perpendicular to a temperature gradient in the presence of an existing magnetic field, which shows that such perturbations always grow, with the growth rate being the greatest for small wavelength perturbations and at low densities. These results indicate that the hair-like structures should be a typical feature of laser ablated plasmas below the critical density following significant plasma expansion, in agreement with numerous experimental results. The implications for x-ray lasers and fast ignition inertial confinement fusion are discussed.
我々は、PALSにおけるレーザー固体実験の結果を報告する。そこでは、パルス幅0.1 ns、波長21.2 nmのX線レーザープローブを用いた。パルス幅0.3 ns、ピーク強度最大5 × 10¹³ W cm⁻²、波長1.3 µmのレーザーを、長さ3 mmの亜鉛ターゲットおよび長さ1 mmの鉄ターゲット上に幅0.15 mmのライン状に集光し、プローブを生成したプラズマに沿って通過させた。結果は、臨界密度以下の領域にのみ、レーザーピークの0.1 ns前にプラズマの「フィラメント」すなわち筋状構造が現れることを示している。臨界密度付近のプラズマは明瞭に撮像され、一様なまま維持された。磁気流体力学モデリングは、これが臨界表面で生成され拡散する磁場によって引き起こされ、臨界密度以下のプラズマ圧力と同程度の磁気圧をもたらすことを示している。温度勾配に垂直な密度摂動に対する分散関係が、既存磁場の存在下で導出され、そのような摂動は常に成長し、成長率は短波長の摂動および低密度において最大となることを示している。これらの結果は、筋状構造が、顕著なプラズマ膨張後の臨界密度以下のレーザーアブレーションプラズマの典型的な特徴であるべきことを示しており、多数の実験結果と一致する。X線レーザーおよび高速点火慣性核融合への含意について議論する。