It is suggested that bulk acceleration of ions can occur in a target with density discontinuities when hot electrons are transported through the target. A foam target just belongs to such a kind of target, which is composed of irregular lamellar layers distributed randomly. To simplify the problem, we study the interaction of a high intensity laser pulse with a target consisting of regular micro-thin layers separated with a thickness of around a micrometre. Particle-in-cell simulations suggest that localized electrostatic fields with multi-peaks around the surfaces of the thin layers inside are induced when fast electrons produced are transported through such a target. These fields inhibit hot electron transport and simultaneously accelerate ions from the thin layers inside the target, forming a bulk acceleration in contrast to the surface acceleration at the front and rear sides of a thin solid target. Bulk acceleration can produce a large number of ions of moderate energy, which may be useful for applications such as fast ignition by fast protons. Experimental evidence of bulk acceleration is found with low-density foams irradiated by ultra-intense laser pulses.
密度不連続を有するターゲット内を高速電子が輸送される際に、イオンのバルク加速が生じ得ることが示唆されている。フォームターゲットはまさにそのようなターゲットの一種であり、ランダムに分布した不規則な層状構造から構成される。問題を単純化するため、我々は約1マイクロメートルの厚さで分離された規則的なマイクロ薄膜層からなるターゲットと高強度レーザーパルスとの相互作用を研究した。粒子セルシミュレーションにより、このようなターゲット内を高速電子が輸送される際に、内部の薄膜層表面周辺に多峰性の局所電場が誘起されることが示された。これらの電場は高速電子の輸送を抑制すると同時に、内部の薄膜層からイオンを加速し、薄い固体ターゲットの前面および後面における表面加速とは対照的なバルク加速を形成する。バルク加速は、高速点火による高速陽子など、多くの応用に有用な多数の中等度エネルギーイオンを生成することができる。バルク加速の実験的証拠は、超高強度レーザーパルスを照射した低密度フォームターゲットにおいて見出されている。