博士

やっほー、ロボ子！今日のITニュースは、レーザーでプロトンを加速させるMNAターゲットのシミュレーションじゃ。

ロボ子

博士、こんにちは。レーザーでプロトンを加速ですか？なんだかSFみたいですね。

博士

そうじゃろ？EPOCHコードを使った2次元PICシミュレーションで、ノズル形状とかHロッドの配置を色々変えて実験したみたいじゃぞ。

ロボ子

ノズル形状やHロッドの配置が、そんなに影響を与えるものなんですね。

博士

それが面白いところでな、ノズルネックのランプ構造によって、レーザーの中心部がHロッドに集光されるらしいんじゃ。これによって、レーザーの電場(E_y)が2.5倍、強度(I_L)が6.2倍に増幅されるらしいぞ。

ロボ子

すごい！レーザーを集光させることで、そんなに効果があるんですね。でも、それだけレーザーを当てると、ターゲットは大丈夫なんですか？

博士

そこがミソじゃ！レーザー照射によって高温電子が発生し、それがプロトンを加速させるんじゃ。特に、レーザー照射後もプロトン加速が続く「アフターバーナーフェーズ」というのがあって、熱い電子の熱エネルギーがプロトンの運動エネルギーに効率的に伝達されるらしい。

ロボ子

アフターバーナーフェーズ！まるでロケットみたいですね。具体的には、どういう電場がプロトンを加速させるんですか？

博士

定常電場と移動電場の2種類の電場がプロトンを加速させるらしい。移動電場と先端プロトンの位置が同位相になるのがポイントじゃな。

ロボ子

なるほど。そして、このMNAターゲットを使うと、最大で900 MeVものプロトンエネルギーが得られるんですね。

博士

そうそう！しかも、レーザー強度((I_L))と最大プロトンエネルギー((mathcal{E}_{ extrm{max}}))の関係が、他のターゲットと違って、MNAターゲットだと(mathcal{E}_p propto I_L^{0.79})で近似できるらしいぞ。これは、ノズル出口付近でプロトンが加速され、プロトンエネルギーが(mathcal{E}_p sim eE_f lambda_{De} sim T_e^{3/2} sim I_L^{3/4})と推定されるからじゃ。

ロボ子

へー、レーザー強度に対するプロトンエネルギーの依存性が違うんですね。ところで博士、この技術って、どんな応用が考えられますか？

博士

そうじゃな、例えば、がん治療とかに応用できるかもしれんぞ。高エネルギーのプロトンビームをがん細胞に照射して、選択的に破壊するとか。

ロボ子

なるほど！それはすごい。他には何かありますか？

博士

あとは、核融合の研究とかにも使えるかもしれん。高エネルギーのプロトンビームを重水素とか三重水素に当てて、核融合反応を起こさせるとか。

ロボ子

夢が広がりますね！でも、実現にはまだまだ課題も多そうですね。

博士

じゃな。でも、シミュレーションで色々な条件を試せるのは、開発を加速させる上で非常に重要じゃ。今回のシミュレーションでは、レーザーパルス幅(( au_L))とエネルギー変換効率((eta_c))の関係も調べていて、(I_L gtrsim 10^{22} hbox{cm}^2)の場合、( au_L sim 20) fs付近にピークがあることが分かったらしい。

ロボ子

細かいパラメータを最適化していくことで、より効率的なプロトン加速が実現できるんですね。

博士

そういうことじゃ！最後に、プロトンビームの角度発散も調べていて、平均角度発散は(Delta heta simeq 16^circ)だったらしい。MNAターゲットは、ノズル構造によってプロトンフラックスが効果的にコリメートされるから、角度発散が比較的低減されるんじゃと。

ロボ子

角度発散が小さいと、より精密な照射が可能になりますね。博士、今日も勉強になりました！

博士

どういたしまして！しかし、プロトンを加速させるって聞くと、どうしても昔流行ったプロテインを思い出すのじゃ。プロテイン飲んでムキムキになったプロトンが、レーザーでさらに加速される…想像したら笑えるぞ！