We numerically investigate the impact of Coulomb collisions on the ion dynamics in high-Z, solid density caesium hydride and copper targets, irradiated by high-intensity (), ultrashort (∼10 fs), circularly polarized laser pulses, using particle-in-cell simulations. Collisions significantly enhance electron heating, thereby strongly increasing the speed of a shock wave launched in the laser-plasma interaction. In the caesium hydride target, collisions between the two ion species heat the protons to ∼100−1000 eV temperatures. However, in contrast to previous work (A E Turrell et al 2015 Nat. Commun.6 8905), this process happens in the upstream only, due to nearly total proton reflection. This difference is ascribed to distinct models used to treat collisions in dense/cold plasmas. In the case of a copper target, ion reflection can start as a self-amplifying process, bootstrapping itself. Afterwards, collisions between the reflected and upstream ions heat these two populations significantly. When increasing the pulse duration to 60 fs, the shock front more clearly decouples from the laser piston, and so can be studied without direct interference from the laser. The shock wave formed at early times exhibits properties typical of both hydrodynamic and electrostatic shocks, including ion reflection. At late times, the shock is seen to evolve into a hydrodynamic blast wave.
我々は、高強度（）、超短パルス（約10 fs）の円偏光レーザーパルスを照射した高Z固体密度の水素化セシウムおよび銅ターゲットにおけるイオン動力学に対するクーロン衝突の影響を、粒子セルシミュレーションを用いて数値的に調査する。衝突は電子加熱を有意に増強し、それによりレーザー・プラズマ相互作用で発生する衝撃波の速度を大幅に増加させる。水素化セシウムターゲットでは、2つのイオン種間の衝突が陽子を約100〜1000 eVの温度まで加熱する。しかしながら、先行研究（A. E. Turrell et al 2015 Nat. Commun. 6 8905）とは対照的に、この過程は陽子のほぼ完全な反射のため、上流側のみで生じる。この差異は、高密度・低温プラズマ中の衝突を扱うために用いられるモデルの違いに帰属される。銅ターゲットの場合、イオン反射は自己増幅過程として開始し、それ自体がブートストラップ的に進行し得る。その後、反射イオンと上流イオンとの間の衝突が、これら2つの集団を有意に加熱する。パルス持続時間を60 fsに増加させると、衝撃波面はレーザーピストンからより明確に分離され、したがってレーザーからの直接的な干渉を受けることなく研究することができる。初期に形成される衝撃波は、イオン反射を含む流体力学衝撃波と静電衝撃波の両方に典型的な特性を示す。後期には、衝撃波は流体力学爆風波へと進化することが観測される。