[論文レビュー] High-repetition-rate solid tape target delivery system for ultra-intense laser-matter interaction at CLPU

M. Ehret, Diego de Luis+7 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2023

Laser-Plasma Interactions and Diagnostics参考文献 34被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、CLPUのVEGA-3レーザー施設における超強力レーザー・マター相互作用に向け、高繰り返しレートの固体テープターゲット供給システムを提案する。このシステムにより、スプールドテープストリップを用いて1 Hzでの安定的かつ再現可能なターゲット供給が可能となり、一連の測定において一貫したイオンスペクトルと電磁脈動測定が得られた。これは、高繰り返しレートのペタワットレーザー実験に不可欠なショット対ショットの安定性を示している。

ABSTRACT

The VEGA-3 laser system at the Centro de Láseres Pulsados (CLPU) delivers laser pulses up to 1PW at 1Hz repetition rate, focused to intensities up to 2.5e20W/cm2. A versatile and compact targetry solution suitable for this repetition rate is presented. The system can operate in the challenging petawatt laser environment close to the laser-plasma interaction. Strips are spooled in a tape target system to deliver a solid density target to the laser focus for every shot. Results are presented for different tape materials and thicknesses. Experimental ion spectra are recorded by a Thomson Parabola Ion Spectrometer coupled with a scintillator screen; and an antenna array is used for the characterization of electromagnetic pulses. The results of both diagnostics show a good shot-to-shot stability of the system.

研究の動機と目的

• CLPUのVEGA-3 1 PWレーザーシステムの1 Hz繰り返しレートに適合するコンactで信頼性の高いターゲット供給システムを開発すること。
• レーザー・プラズマ相互作用点の近傍という過酷な環境において、高繰り返しレートで固体密度ターゲットを供給する課題に対処すること。
• 超強力レーザー・マター相互作用実験における一貫したデータ取得を実現するため、ショット対ショットの安定性を確保すること。
• イオンおよび電磁脈動診断における最適な性能を発揮するため、異なるテープ素材と厚さの評価を行うこと。

提案手法

• スプールドテープターゲットシステムにより、1 Hzで固体密度ターゲットをレーザー焦点に一貫して位置決めする。精密な機械的制御を用いる。
• 異なる素材（例：ポリマー、金属）および厚さ（例：10–100 μm）のテープストリップを用いて、超強力レーザー照射下での性能を評価する。
• トムソン放物線イオン分光器とシンチレーター・スクリーンを併用し、各ショットにおけるイオンスペクトルを記録して、ターゲットの品質と安定性を評価する。
• アンテナアレイを用いて、レーザー・ターゲット相互作用中に発生する電磁脈動を特徴づける。
• システムをVEGA-3レーザー施設に統合し、高強度条件下で相互作用点に近接して運用する。
• イオンスペクトルおよびEMパルスからの診断データを、ショット対ショットの再現性と一貫性について分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1 PWレーザー環境下で、固体テープターゲット供給システムは1 Hz繰り返しレートで固体密度ターゲットを信頼性高く供給できるか？
• RQ2 異なるテープ素材および厚さは、超強力レーザー・マター相互作用におけるイオンスペクトルの安定性と品質にどのように影響するか？
• RQ3 テープシステムは、イオン放出および電磁脈動生成において、どの程度ショット対ショットの再現性を維持できるか？
• RQ4 レーザー焦点付近の極めて過酷な熱的および機械的条件下で、このシステムはどのように性能を発揮するか？

主な発見

• テープターゲットシステムにより、VEGA-3 1 PWレーザーシステムの繰り返しレートと一致する1 Hzで、固体密度ターゲットの安定的かつ再現可能な供給が可能となった。
• トムソン放物線分光器を用いたイオンスペクトル測定では、複数回のテストランにわたり一貫したショット対ショットの安定性が確認された。
• アンテナアレイを用いた電磁脈動測定により、再現可能な放射特性が確認され、ターゲット相互作用の信頼性が裏付けられた。
• 異なる素材および厚さ（例：10–100 μm）のテープが成功裏にテストされ、性能は素材の特性とターゲット密度に依存して変化した。
• レーザー・プラズマ相互作用点の近傍における高繰り返しレート・高強度環境でも、システムの頑健性が示された。
• 診断の組み合わせにより、高いデータ忠実度を要する高繰り返しレート実験に適したシステムであることが確認された。