Boosting the energies of laser-driven ion beam by controlling the high density plasma through relativistic transparency

通过相对论透明度控制高密度等离子体来提高激光驱动离子束的能量

• 批准号: 21KK0049
• 负责人: 西内 満美子
• 金额: $ 12.06万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-10-07 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21KK0049/
• 关键词: 超高強度レーザー; イオン加速; レーザーの時間波形制御; 相対論的透過現象

本研究の目的は、超高強度レーザーによって生成された高密度相対論的プラズマを制御することで、高エネルギーイオン発生を制御することである。生成される相対論的高密度プラズマを相対論的透過現象を介して、制御可能な「光学的に透明なプラズマとの相互作用」に落とし込み、屈折率の制御により、プラズマを制御する。本研究の実施には、研究を行うのが最適かつ唯一無二のレーザーであるDraco-PWレーザー（ドイツのヘルムホルツ研究所（HZDR））及びKPSIのJ-KAREN-Pレーザーを用い、両者にて結果を再現することで信頼性の高いデータを取得する。今年度は、Draco-PWレーザー、及び、J-KAREN-Pレーザーにおける共同実験を行なった。レーザーの時間波形はわずか数百フェムト秒の間に10桁近く急激に強度が変化するため、時間波形の微小な違いがプラズマのダイナミクスに大きな変化を引き起こす。この情報を得るため、レーザーに対してプラズマが相対論的透過になるタイミングの計測に挑戦した。今年度前半においては、計測手法の確立をDraco-PWレーザーを用いて行い、今年度後半にて、その手法をJ-KAREN-Pレーザーに持ち込んで、実際を行い、厚みを変えたプラスチックターゲット（レーザーの進行方向に異なる密度を持つプラズマを生成することと等価）を用いたデータ取得を行った。前年度と同様、実験がない時は、情報交換、データ解析の議論、次回実験のプラニングなどを、HZDRの研究者と共にウェブ形式での会議を2週間に一度のペースで定期的に行なった。

这项研究的目的是通过控制由超高强度激光器产生的高密度相对论等离子体来控制高能离子的产生。生成的相对论高密度等离子体通过相对论传输现象转化为可控的“​​与光学透明等离子体的相互作用”，并且血浆通过控制折射率来控制血浆。这项研究是使用Draco-PW激光器（HZDR，德国）和KPSI J-Karen-P激光进行的，这是进行研究的最合适和独特的激光器，并且通过使用两者都重现结果来获得高度可靠的数据。今年，我们对Draco-PW激光器和J-Karen-P激光器进行了联合实验。激光时间波形的强度仅在几百个飞秒上迅速变化，近十个数量级，因此时间波形的差异很小，导致等离子体动力学的重大变化。为了获得此信息，我们试图测量等离子体相对传输到激光器的时间。在今年的上半年，我们使用Draco-PW激光器建立了一种测量方法，在今年的下半年，我们将该方法带到了J-Karen-P激光器上，然后我们使用具有不同厚度的塑料目标执行了实际方法，并获得了实际的数据，并获得了不同的厚​​度（与Laserer the Laserer the Laserer of Laserer of Laserer of Laserer of Laserer of Laserer the Lassma产生不同的等离子）。与上一年一样，当没有进行实验时，我们每两周一次与HZDR研究人员进行定期与HZDR研究人员举行会议，包括信息交流，有关数据分析的讨论以及下一个实验的计划。

项目成果

ヘルムホルツ-ゼントルムドレスデンロッセンドルフ研究所(ドイツ)

亥姆霍兹中心德累斯顿罗森多夫研究所（德国）

Highly charged energetic ion beam from high temperature high density plasma produced by temporally controlled short-pulse high inｚtensity lasers

由时控短脉冲高强度激光器产生的高温高密度等离子体产生的高能离子束

• 发表时间: 2022
• 作者: A. Kon;M. Nishiuchi;Y. Fukuda;K. Kondo;K. Ogura;A. Sagisaka;Y. Miyasaka;N. P. Dover;M. Kando;A. S. Pirozhkov;I. Daito;L. Chang;Il W. Choi;C. Hee Nam;T. Ziegler;H.-P. Schlenvoigt;K. Zeil;U. Schramm;and H. Kiriyam;M. Nishiuchi et al.,;M. Nishiuchi et al.,;金田英宏;M. Nishiuchi et al.,
• 通讯作者: M. Nishiuchi et al.,

Enhanced ion acceleration from transparency-driven foils demonstrated at two ultraintense laser facilities.

• DOI: 10.1038/s41377-023-01083-9
• 发表时间: 2023-03-13
• 期刊: LIGHT-SCIENCE & APPLICATIONS
• 影响因子: 19.4
• 作者: Dover, Nicholas P. P.;Ziegler, Tim;Assenbaum, Stefan;Bernert, Constantin;Bock, Stefan;Brack, Florian-Emanuel;Cowan, Thomas E. E.;Ditter, Emma J. J.;Garten, Marco;Gaus, Lennart;Goethel, Ilja;Hicks, George S. S.;Kiriyama, Hiromitsu;Kluge, Thomas;Koga, James K. K.;Kon, Akira;Kondo, Kotaro;Kraft, Stephan;Kroll, Florian;Lowe, Hazel F. F.;Metzkes-Ng, Josefine;Miyatake, Tatsuhiko;Najmudin, Zulfikar;Pueschel, Thomas;Rehwald, Martin;Reimold, Marvin;Sakaki, Hironao;Schlenvoigt, Hans-Peter;Shiokawa, Keiichiro;Umlandt, Marvin E. P.;Schramm, Ulrich;Zeil, Karl;Nishiuchi, Mamiko
• 通讯作者: Nishiuchi, Mamiko

Enhancement of ion acceleration from transparency-driven foils demonstrated at two ultra-intense laser facilities

在两个超强激光设施中演示了透明驱动箔增强离子加速的效果

• 发表时间: 2023
• 作者: A. Kon;M. Nishiuchi;Y. Fukuda;K. Kondo;K. Ogura;A. Sagisaka;Y. Miyasaka;N. P. Dover;M. Kando;A. S. Pirozhkov;I. Daito;L. Chang;Il W. Choi;C. Hee Nam;T. Ziegler;H.-P. Schlenvoigt;K. Zeil;U. Schramm;and H. Kiriyam;M. Nishiuchi et al.,;M. Nishiuchi et al.,
• 通讯作者: M. Nishiuchi et al.,

超高強度短パルスレーザーの時間波形がイオン加速へ与える影響

超高强度短脉冲激光时间波形对离子加速的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 西内満美子;N.Dover;T.Ziegler;今亮;C.Liu;宮武達彦;竹本伊吹;榊泰直;近藤康太郎;M.Garten;I.Gothel;H.Low;S.Achenbaum;C.Barnerd;S.Bock;E.Ditter;O.Ettlinger;G.Hicks;桐山博光;J.Koga;Z.Najmudin;M.Umlandt;T.Puschel;U.Marvin;渡辺幸信;神門正城;U.Schramn;K.Zeil
• 通讯作者: K.Zeil