Experimental and theoretical study of plasma processes affected by strong laser generated magnetic fields is reported. The PALS laser system operating at 3 ω (438.5 nm) delivered intensities up to 1 × 1016 W cm−2 on targets. By using a special target system consisting of a Cu foil connected to a sub-mm coil, magnetic fields up to the level of 10 T were generated. This is 1.4 times higher than the field generated with a 1.315 mm (1 ω) laser beam at a comparable intensity. We found that these fields were sufficiently strong to modify plasma blow-off from the foil which resulted in the changed expansion dynamics and increased energy of hot electrons (HE) by 20%–40% compared to the plasma unaffected by the magnetic field. To obtain complementary experimental data, a complex diagnostic system was used enabling the visualization of the plasma expansion process both in visible light (3-frame composite interferometry) and in the soft x-ray region (4-frame pinhole x-ray camera) together with measurements of the HE parameters using two-dimensional imaging of the Kα line emission from the Cu target and electron spectroscopy. Experimental data obtained from the angular distribution of electron energy spectra were used for three-dimensional (3D3V) numerical PIC simulations using a modified EPOCH code. By including interactions between ions, protons, hot and thermal electrons in forward and backward propagating particles, the effects of the magnetic field on the flux of HE were visualized and compared with the experiment. The PIC simulation confirmed that the interaction of the HE flux with the magnetic field generated by the target-coil system leads to an increased flux energy. However, this increase is accompanied by increased complexity of the spatial structure and heterogeneity of the flux as well as its angular divergence.
強力なレーザー生成磁場の影響を受けるプラズマ過程に関する実験的および理論的研究を報告する。3ω（438.5 nm）で動作するPALSレーザーシステムは、ターゲット上に最大1 × 10^16 W cm^−2の強度を照射した。サブmmコイルに接続されたCu箔からなる特別なターゲットシステムを用いることで、最大10 Tレベルの磁場が生成された。これは、同等の強度で1.315 mm（1ω）レーザービームにより生成された磁場の1.4倍である。これらの磁場は、箔からのプラズマ吹き出しを変化させるのに十分強く、その結果、磁場の影響を受けないプラズマと比較して、膨張ダイナミクスが変化し、高速電子（HE）のエネルギーが20%–40%増加した。補完的な実験データを得るために、可視光（3フレーム合成干渉法）および軟X線領域（4フレームピンホールX線カメラ）の両方でプラズマ膨張過程の可視化を可能にし、さらにCuターゲットからのKα線放出の2次元イメージングと電子分光法によるHEパラメータの測定を行う複合診断システムが使用された。電子エネルギースペクトルの角度分布から得られた実験データは、修正版EPOCHコードを用いた3次元（3D3V）数値PICシミュレーションに使用された。前方および後方に伝搬する粒子中のイオン、陽子、高速電子、熱電子間の相互作用を含めることにより、HEフラックスに対する磁場の影響が視覚化され、実験と比較された。PICシミュレーションは、HEフラックスとターゲット-コイルシステムによって生成された磁場との相互作用がフラックスエネルギーの増加をもたらすことを確認した。しかしながら、この増加は、フラックスの空間構造と不均一性、ならびにその角度発散の複雑さの増大を伴う。