A numerical study on ion acceleration in electrostatic shock waves is presented, with the aim of determining the best plasma configuration to achieve quasi-monoenergetic ion beams in laser-driven systems. It was recently shown that tailored near-critical density plasmas characterized by a long-scale decreasing rear density profile lead to beams with low energy spread (Fiúza et al 2012 Phys. Rev. Lett.109 215001). In this work, a detailed parameter scan investigating different plasma scale lengths is carried out. As result, the optimal plasma spatial scale length that allows for minimizing the energy spread while ensuring a significant reflection of ions by the shock is identified. Furthermore, a new configuration where the required profile has been obtained by coupling micro layers of different densities is proposed. Results show that this new engineered approach is a valid alternative, guaranteeing a low energy spread with a higher level of controllability.
静電衝撃波におけるイオン加速の数値的研究を提示し、レーザー駆動システムにおいて準単色イオンビームを達成するための最適なプラズマ構成を決定することを目的とする。最近、長スケールの減少する後方密度プロファイルを特徴とする調整された臨界密度近傍プラズマが、低エネルギー広がりを持つビームをもたらすことが示された（Fiúza et al 2012 Phys. Rev. Lett. 109 215001）。本研究では、異なるプラズマスケール長を調査する詳細なパラメータスキャンを実施する。その結果、エネルギー広がりを最小化しつつ、衝撃波によるイオンの有意な反射を確保する最適なプラズマ空間スケール長が特定される。さらに、異なる密度のマイクロ層を結合することによって必要なプロファイルが得られる新しい構成を提案する。結果は、この新しい工学的アプローチが有効な代替手段であり、より高い制御可能性を備えつつ低エネルギー広がりを保証することを示している。