Laser-driven proton acceleration from novel cryogenic hydrogen target of the thickness of tens of microns irradiated by multiPW laser pulse is investigated here for relevant laser parameters accessible in near future. It is demonstrated that the efficiency of proton acceleration from relatively thick hydrogen solid ribbon largely exceeds the acceleration efficiency for a thinner ionized plastic foil, which can be explained by enhanced hole boring (HB) driven by laser ponderomotive force in the case of light ions and lower target density. Three-dimensional particle-in-cell (PIC) simulations of laser pulse interaction with relatively thick hydrogen target show larger energies of protons accelerated in the target interior during the HB phase and reduced energies of protons accelerated from the rear side of the target by quasistatic electric field compared with the results obtained from two-dimensional PIC calculations. Linearly and circularly polarized multiPW laser pulses of duration exceeding 100 fs show similar performance in terms of proton acceleration from both the target interior as well as from the rear side of the target. When ultrashort pulse (∼30 fs) is assumed, the number of accelerated protons from the target interior is substantially reduced.
レーザー駆動陽子加速について、近い将来に利用可能な関連レーザーパラメータを用いて、数十ミクロンの厚さを有する新規なクライオジェニック水素ターゲットにmultiPWレーザーパルスを照射した場合の研究がここで行われている。比較的厚い水素固体リボンからの陽子加速効率が、より薄い電離プラスチックフォイルからの加速効率を上回ることが実証されており、これは軽イオンと低ターゲット密度の場合におけるレーザーのポンデロモーティブ力によって駆動されるホールボーリング（HB）の強化によって説明できる。比較的厚い水素ターゲットとの相互作用に関する三次元粒子インセル（PIC）シミュレーションでは、HB段階中にターゲット内部で加速される陽子のエネルギーが大きくなり、ターゲット後面から準静電場によって加速される陽子のエネルギーが減少することが示されており、これは二次元PIC計算から得られた結果と比較されている。100fsを超える持続時間を持つ直線偏光および円偏光のmultiPWレーザーパルスは、ターゲット内部および後面の両方からの陽子加速に関して同様の性能を示す。約30fsの超短パルスを仮定した場合、ターゲット内部から加速される陽子の数は大幅に減少する。