Two-dimensional particle-in-cell simulations show that when an intense picosecond laser pulse irradiates a target with steep but smooth density profile, the target protons can be accelerated to high energies with small divergence by a combination of target normal sheath acceleration and radiation pressure acceleration. The effects of plasma density profile on proton acceleration and collimation are investigated. In general, smaller(larger) density gradients lead to larger(smaller) self-generated azimuthal magnetic fields and smaller(larger) target-back electrostatic sheath fields, and thus proton beams with smaller(larger) divergence angle as well as cutoff energy. Accordingly, within limits, proton beams with desired peaked spectrum, energy, and divergence angle can be obtained by tailoring the target density profiles. It is also demonstrated that target tailoring can be achieved by having two suitable nanosecond lasers separately irradiating the front and back sides of a uniform plane slab.
二次元粒子インセルシミュレーションにより、高強度ピコ秒レーザーパルスが急峻だが滑らかな密度プロファイルを持つ標的を照射する際、標的陽子は、標的後面シース加速と放射圧加速の組み合わせにより、高エネルギーかつ低発散で加速され得ることが示されている。プラズマ密度プロファイルが陽子加速とコリメーションに及ぼす影響が調査された。一般に、密度勾配が小さい（大きい）ほど、自己生成アジマス磁場は大きく（小さく）なり、標的後面の静電シース場は小さく（大きく）なり、その結果、陽子ビームの発散角とカットオフエネルギーは小さく（大きく）なる。したがって、限られた範囲内ではあるが、標的の密度プロファイルを調整することにより、所望のピークエネルギー、スペクトル、発散角を持つ陽子ビームを得ることができる。さらに、均一な平面スラブの前面と背面にそれぞれ適切な2つのナノ秒レーザーを照射することによっても、標的の調整が達成可能であることが実証されている。