High-energy-density electron–positron pairs play an increasingly important role in many potential applications. Here, we propose a scheme for enhanced positron production by an ultra intense laser irradiating a gas-Al compound target via the multi-photon Breit–Wheeler (BW) process. The laser pulse first ionizes the gas and interacts with a near-critical-density plasma, forming an electron bubble behind the laser pulse. A great deal of electrons are trapped and accelerated in the bubble, while the laser front hole-bores the Al target and deforms its front surface. A part of the laser wave is thus reflected by the inner curved target surface and collides with the accelerated electron bunch. Finally, a large number of γ photons are emitted in the forward direction via the Compton back-scattering process and the BW process is initiated. Dense electron–positron pairs are produced with a maximum density of m−3. Simulation results show that the positron generation is greatly enhanced in the compound target, where the positron yield is two orders of magnitude greater than that in only the solid slab case. The influences of the laser intensity, gas density and length on the positron beam quality are also discussed, which demonstrates the feasibility of the scheme in practice.
高エネルギー密度の電子・陽電子対は、多くの潜在的応用においてますます重要な役割を果たしている。本論文では、超高強度レーザーがガス-アルミニウム複合ターゲットを照射することによる、多光子ブライト・ホイーラー（BW）過程を介した陽電子生成の増強スキームを提案する。レーザーパルスはまずガスを電離させ、臨界密度に近いプラズマと相互作用し、レーザーパルスの背後に電子バブルを形成する。多数の電子がバブル内で捕捉され加速される一方、レーザーフロントはアルミニウムターゲットをホールボーリングし、その前面を変形させる。レーザー波の一部はこうして湾曲したターゲット内面で反射され、加速された電子バンチと衝突する。最終的に、コンプトン逆散乱過程を介して前方方向に多数のγ光子が放出され、BW過程が開始される。最大密度 m−3 の高密度電子・陽電子対が生成される。シミュレーション結果は、複合ターゲットにおいて陽電子生成が大幅に増強され、陽電子収量が固体スラブのみの場合よりも2桁大きいことを示している。また、レーザー強度、ガス密度、および長さが陽電子ビーム品質に及ぼす影響についても議論し、本スキームの実用における実現可能性を実証している。