A roadmap is proposed for the production of high-energy (>15 MeV) neutrons using short pulse lasers. Different approaches are suggested for the two limiting cases of small (E1 ≪ Q) and large (E1 ≫ Q) projectile energies E1 depending on the Q-value of the nuclear reaction. The neutron fluence from many converter materials is evaluated for two projectiles: protons and deuterons. We found profound differences between proton- and deuteron-driven reactions with regard to both converter material and generated neutron fluence. The optimum converter material for deuteron-driven reactions is low-Z elements such as Li and Be, while for proton-driven reactions the converter material is not critical. For a projectile energy of 50 MeV the deuteron-driven reactions are two orders of magnitude more efficient compared to the proton-driven reactions. Two-dimensional particle-in-cell simulations have been performed for laser pulses with peak intensity 3 × 1020 W cm−2, pulse duration 40 fs, spot size 5 µm and energy 3 J interacting with ultrathin (0.1 µm) CD foil. The calculated deuteron beam is highly directional along the laser propagation direction with maximum energy of 45 MeV. The interaction of the deuteron beam with a lithium converter and the production of neutrons is modeled using a Monte Carlo code. The computed neutron spectra show that a forward directed neutron beam is generated with an opening angle of ∼1 sr, maximum energy of 60 MeV and a fluence in the forward direction 1.8 × 108 n sr−1, ∼20% of which are with energy above 15 MeV.
高エネルギー（>15 MeV）中性子生成のためのロードマップが、短パルスレーザーを用いて提案される。核反応のQ値に依存する、小さな（E1 ≪ Q）および大きな（E1 ≫ Q）入射エネルギーE1の二つの極限ケースに対して、異なるアプローチが提案される。多くのコンバーター材料からの中性子フルエンスが、陽子および重陽子の二種類の入射粒子について評価される。コンバーター材料と生成中性子フルエンスの両方に関して、陽子駆動と重陽子駆動の反応の間に顕著な差異が見出された。重陽子駆動反応に最適なコンバーター材料はLiやBeなどの低Z元素であり、一方、陽子駆動反応ではコンバーター材料は重要ではない。入射エネルギー50 MeVにおいて、重陽子駆動反応は陽子駆動反応よりも二桁効率的である。ピーク強度3 × 10^20 W cm^-2、パルス幅40 fs、スポットサイズ5 µm、エネルギー3 Jのレーザーパルスが、厚さ0.1 µmのCD箔と相互作用する二次元パーティクル・イン・セルシミュレーションが実施された。計算された重陽子ビームは、レーザー伝播方向に沿って高度に指向性があり、最大エネルギーは45 MeVである。重陽子ビームとリチウムコンバーターの相互作用および中性子生成は、モンテカルロコードを用いてモデル化された。計算された中性子スペクトルは、開口角約1 sr、最大エネルギー60 MeV、前方方向のフルエンス1.8 × 10^8 n sr^-1の前方指向性中性子ビームが生成されることを示しており、その約20%はエネルギーが15 MeV以上である。