With the objective to develop a compact neutron source with laser accelerated ions, optimization of pre-formed plasmas for efficient target normal sheath acceleration (TNSA) of deuteron ions is investigated using two-dimensional radiation hydrodynamic and particle in cell (PIC) simulation codes. The plasma profile of a foil target irradiated with a pre-pulse of ns duration at the intensity of 1011–1013 W cm−2 is obtained with the radiation hydrodynamic simulation code. In addition to the formation of a long scale length pre-formed plasma at the front of the target foil, decrease of the plasma scale length at rear side is observed during temporal evolution of the preformed plasma. The two-dimensional PIC simulation on ultra-high intensity laser irradiation shows that the pre-formed plasma profiles at both sides of the target can be optimized for efficient TNSA acceleration, leading to generation of deuteron ions, collimated in the forward direction, with a larger amount and higher energy. The number of neutrons generated by deuteron-beryllium reaction increases by an order of magnitude in comparison to the laser irradiation without a pre-pulse.
レーザー加速イオンを用いたコンパクト中性子源の開発を目的として、重陽子のターゲット法線シース加速（TNSA）のための効率的なプラズマ生成の最適化について、2次元放射流体力学および粒子（PIC）シミュレーションコードを用いて調査した。nsオーダーのプレパルスを強度1011–1013 W cm−2で照射した薄膜ターゲットのプラズマ分布を放射流体力学シミュレーションコードにより取得した。ターゲット前面における長スケール長のプレプラズマ形成に加えて、時間発展中にターゲット背面のプラズマスケール長が減少することが観測された。超高強度レーザー照射に関する2次元PICシミュレーションにより、ターゲット両面のプレプラズマ分布を最適化することで、TNSA加速の効率が向上し、前方にコリメートされた高エネルギー・高フラックスの重陽子生成が可能となることが示された。この結果、重陽子–ベリリウム反応による中性子生成数は、プレパルスなしのレーザー照射と比較して一桁増加した。