Controlling the temporal and spatial electric sheath field by the shaping of temporal and spatial phase of the laser pulse

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K05506
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 西内 満美子 (高井満美子) 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (70391315)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 榊 泰直 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (00354746)
• Project Period (FY): 2016-10-21 – 2020-03-31
• Keywords: 超高強度レーザー / 時間位相 / レーザー駆動イオン加速

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、今まで制御することが難しかった超高強度レーザーと薄膜との相互作用において重要な役割を果たす、超高強度電場の生成を時間・空間的に積極的に制御を試みることである。２０１７，２０１８，２０１９年度に関西研のJ-KARENレーザーシステムを用い、銀の薄膜との相互作用を調査した。実験においては、レーザーパルスのピーク強度は5x10^{21}Wcm^{-2}、エネルギー10 J、パルス幅 ～40 fsという条件で、銀の薄膜をミクロン厚からサブミクロン厚まで変化させ相互作用させた。また、超高強度レーザーシステムと薄膜との相互作用を決定する、時間波形を積極的に成形し、相互作用の物理がいかに変化するかを、加速された電子のエネルギー、イオンのエネルギーおよび価数、ターゲットからのレーザーの反射光、透過光のパターンスペクトルを計測した。
ハイドロシミュレーションとParticle In Cellシミュレーションによるハイブリッドシミュレーションを行い、実験結果との比較を起こった結果、メインパルスの立ち上がり成分がシャープすぎると、ターゲット内部からの重イオンの加速には不利であり、ある程度適切な傾きの立ち上がりが、ターゲットを超高温に熱するために必要不可欠であることがわかった。超高温に熱されたターゲットバルク中において、電子衝突イオン化によって、重イオンが多価に電離され、裏面に形成されたシース電場で引き出されて加速されることが明らかになった。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf
• [Int'l Joint Research] Imperial College London(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Imperial College London
• [Int'l Joint Research] Joint Institute for High Temperatures(ロシア連邦)
  • Country Name: RUSSIA FEDERATION
  • Counterpart Institution: Joint Institute for High Temperatures
• [Journal Article] Effect of small Focus on Electron Heating and Proton Acceleration in Ultrarelativistic Laser-Solid Interactions (2020)
  • Author(s): N.P. Dover, M. Nishiuchi, H. Sakaki, M. Alkhimova, A. FaenovA,M.Hata , M. Hata, N. Iwata, H. Kiriyama, J.K. Koga, T. Miyahara, T.Pikuz, A. Pirozhkov, A. Sagisaka, Y. Sentoku, Y. Watanabe, M. Kando, K. Kondo
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 124 Pages: 084802
  • DOI: doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.084802
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Experimental investigation on the temporal contrast of pre-pulses by post-pulses in a petawatt laser facility (2020)
  • Author(s): Kiriyama Hiromitsu、Miyasaka Yasuhiro、Sagisaka Akito、Ogura Koichi、Nishiuchi Mamiko、Pirozhkov Alexander S.、Fukuda Yuji、Kando Masaki、Kondo Kiminori
  • Journal Title: Optics Letters Volume: 45 Pages: 1100～1100
  • DOI: doi.org/10.1364/OL.384759
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 加速されたイオンの価数で探る超高強度レーザーによる重イオン加速メカニズム (2019)
  • Author(s): M. Nishiuchi, N.P. Dover, M. Hata, etal.
  • Organizer: 第三回理研QST研究会 2020/02/13-14 伊勢・三重
  • Invited
• [Presentation] 加速されたイオンの価数で探る超高強度レーザーによる重イオン加速メカニズム (2019)
  • Author(s): M. Nishiuchi, N.P. Dover, M. Hata, etal.
  • Organizer: ELPH symposium 2020 2020/03/06 東北大学
  • Invited
• [Presentation] イオン価数による超高強度短パルスレーザー生成高温度高密度プラズマ中ダイナミクスの研究 (2019)
  • Author(s): M. Nishiuchi, N.P. Dover, M. Hata, etal.
  • Organizer: 2020/JPS meeting 2020/03/16-19 名古屋大学
• [Presentation] Highly charged heavy ion acceleration from a high temperature solid heated by J-KAREN laser system (2019)
  • Author(s): 西内 満美子, NicholasPeter Dover, 畑昌育, Hironao Sakaki, Kotaro Kondo, 宮原巧, Hiromitsu Kiriyama, James Kevin Koga, 岩田夏弥, MARIYA, Alkhimova, Alexander Pirozhkov, FAENOV, Anatory, PIKUZ, Tatiana, Akito Sagisaka, Yukinobu Watanabe, Masaki Kando, Kiminori Kondo, Sentoku Yasuhiko
  • Organizer: laser-Plasma Accelerator Workshop 2019, Lpaw community & HZDR, 2019-05-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ion acceleration and recent results with the J-KAREN-P (>5x1021 W/cm2) (2019)
  • Author(s): M. Nishiuchi, N.P. Dover, M. Hata, H. Sakaki, Ko. Kondo, T. Miyahara, 7, H. Kiriyama, J. K. Koga, N. Iwata, M. A. Alkhimova, A. S. Pirozhkov, A. Ya. Faenov, T. A.Pikuz, A. Sagisaka, Y. Watanabe, M. Kando, K. Kondo, Y. Sentoku
  • Organizer: Optics + Optoelectronics 2019 SPIE conference 1-4th Apr. (2019) Prague Chez Republic.
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Extreme electric fields extracting highly charged heavy ions by PW-class short pulse high intensity laser (2019)
  • Author(s): M.Nishiuchi N.P. Dover, M. Hata, H. Sakaki, Ko. Kondo, T. Miyahara, 7, H. Kiriyama, J. K. Koga, N. Iwata, M. A. Alkhimova, A. S. Pirozhkov, A. Ya. Faenov, T. A.Pikuz, A. Sagisaka, Y. Watanabe, M. Kando, K. Kondo, Y. Sentoku
  • Organizer: International Confernece on Matter and Radiation Extreme 29th May--2nd June (2019) Hefei, China.
  • Int'l Joint Research / Invited