Simultaneous experimental measurements of copper Kα imaging and the maximum target normal sheath acceleration proton energies from the rear target surface are compared for various target thicknesses. For the T-cubed laser (≈4 J, 400 fs) at an intensity of ≈2 × 1019 W cm−2, the hot electron divergence is determined to be θHWHM22° using a Kα imaging diagnostic. The maximum proton energies are measured to follow the expected reduction with increasing target thickness. Numerical modeling produces copper Kα trends for both signal level and electron beam divergence that are in good agreement with the experiment. A geometric model describing the electron beam divergence reproduces the maximum proton energy trends observed from the experiment and the fast electron density and the peak electric field observed in the numerical modeling.

1.
M.
Tabak
,
J.
Hammer
,
M. E.
Glinsky
,
W. L.
Kruer
,
S. C.
Wilks
,
J.
Woodworth
,
E. M.
Campbell
,
M. D.
Perry
, and
R. J.
Mason
,
Phys. Plasmas
1
,
1626
(
1994
).
2.
E. L.
Clark
,
K.
Krushelnick
,
J. R.
Davies
,
M.
Zepf
,
M.
Tatarakis
,
F. N.
Beg
,
A.
Machacek
,
P. A.
Norreys
,
M. I. K.
Santala
,
I.
Watts
, and
A. E.
Dangor
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
670
(
2000
);
[PubMed]
A.
Maksimchuk
,
S.
Gu
,
K.
Flippo
,
D.
Umstadter
, and
V. Yu.
Bychenkov
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
4108
(
2000
);
[PubMed]
S. P.
Hatchett
,
C. G.
Brown
,
T. E.
Cowan
,
E. A.
Henry
,
J. S.
Johnson
,
M. H.
Key
,
J. A.
Koch
,
A. B.
Langdon
,
B. F.
Lasinski
,
R. W.
Lee
,
A. J.
Mackinnon
,
D. M.
Pennington
,
M. D.
Perry
,
T. W.
Philips
,
M.
Roth
,
T. C.
Sangster
,
M. S.
Singh
,
R. A.
Snavely
,
M. A.
Stoyer
,
S. C.
Wilks
, and
K.
Yasuike
,
Phys. Plasmas
7
,
2076
(
2000
);
R. A.
Snavely
,
M. H.
Key
,
S. P.
Hatchett
,
T. E.
Cowan
,
M.
Roth
,
T. W.
Phillips
,
M. A.
Stoyer
,
E. A.
Henry
,
T. C.
Sangster
,
M. S.
Singh
,
S. C.
Wilks
,
A.
MacKinnon
,
A.
Offenberger
,
D. M.
Pennington
,
K.
Yasuike
,
A. B.
Langdon
,
B. F.
Lasinski
,
J.
Johnson
,
M. D.
Perry
, and
E. M.
Campbell
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
2945
(
2000
).
[PubMed]
3.
A.
Yogo
,
D.
Hiroyuki
,
A.
Fukumi
,
Z.
Li
,
K.
Ogura
,
A.
Sagisaka
,
A. S.
Pirozhkov
,
S.
Nakamura
,
Y.
Iwashita
,
T.
Shirai
,
A.
Noda
,
Y.
Oishi
,
T.
Nayuki
,
T.
Fujii
,
K.
Nemoto
,
I. W.
Choi
,
J. H.
Sung
,
D.-K.
Ko
,
J.
Lee
,
M.
Kaneda
, and
A.
Itoh
,
Phys. Plasmas
14
,
043104
(
2007
).
4.
D. S.
Hey
,
M. E.
Foord
,
M. H.
Key
,
S. L.
LePape
,
A. J.
Mackinnon
,
P. K.
Patel
,
Y.
Ping
,
K. U.
Akli
,
R. B.
Stephens
,
T.
Bartal
,
F. N.
Beg
,
R.
Fedosejevs
,
H.
Friesen
,
H. F.
Tiedje
, and
Y. Y.
Tsui
,
Phys. Plasmas
16
,
123108
(
2009
).
5.
F.
Brunel
,
Phys. Rev. Lett.
59
,
52
(
1987
).
6.
W. L.
Kruer
and
K.
Estabrook
,
Phys. Fluids
28
,
430
(
1985
).
7.
J. A.
Koch
,
M. H.
Key
,
R. R.
Freeman
,
S. P.
Hatchett
,
R. W.
Lee
,
D.
Pennington
,
R. B.
Stephens
, and
M.
Tabak
,
Phys. Rev. E
65
,
016410
(
2001
).
8.
K. U.
Akli
,
M. H.
Key
,
H. K.
Chung
,
S. B.
Hansen
,
R. R.
Freeman
,
M. H.
Chen
,
G.
Gregori
,
S.
Hatchett
,
D.
Hey
,
N.
Izumi
,
J.
King
,
J.
Kuba
,
P.
Norreys
,
A. J.
Mackinnon
,
C. D.
Murphy
,
R.
Snavely
,
R. B.
Stephens
,
C.
Stoeckel
,
W.
Theobald
, and
B.
Zhang
,
Phys. Plasmas
14
,
023102
(
2007
).
9.
P. M.
Nilson
,
W.
Theobald
,
C.
Mileham
,
C.
Stoeckl
,
J. F.
Myatt
,
J. A.
Delettrez
,
J.
MacFarlane
,
I. A.
Begishev
,
J. D.
Zuegel
,
R.
Betti
,
T. C.
Sangster
, and
D. D.
Meyerhofer
,
Phys. Plasmas
18
,
042702
(
2011
).
10.
P. M.
Nilson
,
J. R.
Davies
,
W.
Theobald
,
P. A.
Jaanimagi
,
C.
Mileham
,
R. K.
Jungquist
,
C.
Stoeckl
,
I. A.
Begishev
,
A. A.
Solodov
,
J. F.
Myatt
,
J. D.
Zuegel
,
T. C.
Sangster
,
R.
Betti
, and
D. D.
Meyerhofer
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
085002
(
2012
).
11.
P. M.
Nilson
,
A. A.
Solodov
,
J. F.
Myatt
,
W.
Theobald
,
P. A.
Jaanimagi
,
L.
Gao
,
C.
Stoeckl
,
R. S.
Craxton
,
J. A.
Delettrez
,
B.
Yaakobi
,
J. D.
Zuegel
,
B. E.
Kruschwitz
,
C.
Dorrer
,
J. H.
Kelly
,
K. U.
Akli
,
P. K.
Patel
,
A. J.
Mackinnon
,
R.
Betti
,
T. C.
Sangster
, and
D. D.
Meyerhofer
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
235001
(
2010
).
12.
J. A.
Koch
,
Y.
Aglitskiy
,
C.
Brown
,
T.
Cowan
,
R.
Freeman
,
S.
Hatchett
,
G.
Holland
,
M.
Key
,
A.
MacKinnon
,
J.
Seely
,
R.
Snavely
, and
R.
Stephens
,
Rev. Sci. Instrum.
74
,
2130
(
2003
).
13.
V. M.
Ovchinnikov
,
G. E.
Kemp
,
D. W.
Schumacher
,
R. R.
Freeman
, and
L. D.
Van Woerkom
,
Phys. Plasmas
18
,
072704
(
2011
).
14.
R. B.
Stephens
,
R. A.
Snavely
,
Y.
Aglitskiy
,
F.
Amiranoff
,
C.
Andersen
,
D.
Batani
,
S. D.
Baton
,
T.
Cowan
,
R. R.
Freeman
,
T.
Hall
,
S. P.
Hatchett
,
J. M.
Hill
,
M. H.
Key
,
J. A.
King
,
J. A.
Koch
,
M.
Koenig
,
A. J.
MacKinnon
,
K. L.
Lancaster
,
E.
Martinolli
,
P.
Norreys
,
E.
Perelli-Cippo
,
M. R.
Le Gloahec
,
C.
Rousseaux
,
J. J.
Santos
, and
F.
Scianitti
,
Phys. Rev. E
69
,
066414
(
2004
).
15.
K. L.
Lancaster
,
J. S.
Green
,
D. S.
Hey
,
K. U.
Akli
,
J. R.
Davies
,
R. J.
Clarke
,
R. R.
Freeman
,
H.
Habara
,
M. H.
Key
,
R.
Kodama
,
K.
Krushelnick
,
C. D.
Murphy
,
M.
Nakatsutsumi
,
P.
Simpson
,
R.
Stephens
,
C.
Stoeckl
,
T.
Yabuuchi
,
M.
Zepf
, and
P. A.
Norreys
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
125002
(
2007
).
16.
J. S.
Green
,
V. M.
Ovchinnikov
,
R. G.
Evans
,
K. U.
Akli
,
H.
Azechi
,
F. N.
Beg
,
C.
Bellei
,
R. R.
Freeman
,
H.
Habara
,
R.
Heathcote
,
M. H.
Key
,
J. A.
King
,
K. L.
Lancaster
,
N. C.
Lopes
,
T.
Ma
,
A. J.
MacKinnon
,
K.
Markey
,
A.
McPhee
,
Z.
Najmudin
,
P.
Nilson
,
R.
Onofrei
,
R.
Stephens
,
K.
Takeda
,
K. A.
Tanaka
,
W.
Theobald
,
T.
Tanimoto
,
J.
Waugh
,
L.
Van Woerkom
,
N. C.
Woolsey
,
M.
Zepf
,
J. R.
Davies
, and
P. A.
Norreys
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
015003
(
2008
).
17.
F.
Perez
,
S. D.
Baton
,
M.
Koenig
,
C. D.
Chen
,
D.
Hey
,
M. H.
Key
,
S.
Le Pape
,
T.
Ma
,
H. S.
McLean
,
A. G.
MacPhee
,
P. K.
Patel
,
Y.
Ping
,
F. N.
Beg
,
D. P.
Higginson
,
C. W.
Murphy
,
H.
Sawada
,
B.
Westover
,
T.
Yabuuchi
,
K. U.
Akli
,
E.
Giraldez
,
M.
Hoppe
, Jr.
,
C.
Shearer
,
R. B.
Stephens
,
L.
Gremillet
,
E.
Lefebvre
,
R. R.
Freeman
,
G. E.
Kemp
,
A. G.
Krygier
,
L. D.
Van Woerkom
,
R.
Fedosejevs
,
R. H.
Friesen
,
Y. Y.
Tsui
, and
D.
Turnbull
,
Phys. Plasmas
17
,
113106
(
2010
).
18.
T.
Yabuuchi
,
B. S.
Paradkar
,
M. S.
Wei
,
J. A.
King
,
F. N.
Beg
,
R. B.
Stephens
,
N.
Nakanii
,
M.
Hatakeyama
,
H.
Habara
,
K.
Mima
,
K. A.
Tanaka
, and
J. T.
Larsen
,
Phys. Plasmas
17
,
060704
(
2010
).
19.
T.
Ma
,
M. H.
Key
,
R. J.
Mason
,
K. U.
Akli
,
R. L.
Daskalova
,
R. R.
Freeman
,
J. S.
Green
,
K.
Highbarger
,
P. A.
Jaanimagi
,
J. A.
King
,
K. L.
Lancaster
,
S. P.
Hatchett
,
A. J.
Mackinnon
,
A. G.
MacPhee
,
P. A.
Norreys
,
P. K.
Patel
,
R. B.
Stephens
,
W.
Theobald
,
L. D.
Van Woerkom
,
M. S.
Wei
,
S. C.
Wilks
, and
F. N.
Beg
,
Phys. Plasmas
16
,
112702
(
2009
).
20.
S.
Chawla
,
M. S.
Wei
,
R.
Mishra
,
K. U.
Akli
,
C. D.
Chen
,
H. S.
McLean
,
A.
Morace
,
P. K.
Patel
,
H.
Sawada
,
Y.
Sentoku
,
R. B.
Stephens
, and
F. N.
Beg
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
025001
(
2013
).
21.
R.
Kodama
,
P. A.
Norreys
,
K.
Mima
,
A. E.
Dangor
,
R. G.
Evans
,
H.
Fujita
,
Y.
Kitagawa
,
K.
Krushelnick
,
T.
Miyakoshi
,
N.
Miyanaga
,
T.
Norimatsu
,
S. J.
Rose
,
T.
Shozaki
,
K.
Shigemori
,
A.
Sunahara
,
M.
Tampo
,
K. A.
Tanaka
,
Y.
Toyama
,
T.
Yamanaka
, and
M.
Zepf
,
Nature
412
,
798
(
2001
).
22.
A. G.
MacPhee
,
L.
Divol
,
A. J.
Kemp
,
K. U.
Akli
,
F. N.
Beg
,
C. D.
Chen
,
H.
Chen
,
D. S.
Hey
,
R. J.
Fedosejevs
,
R. R.
Freeman
,
M.
Henesian
,
M. H.
Key
,
S.
Le Pape
,
A.
Link
,
T.
Ma
,
A. J.
Mackinnon
,
V. M.
Ovchinnikov
,
P. K.
Patel
,
T. W.
Phillips
,
R. B.
Stephens
,
M.
Tabak
,
R.
Town
,
Y. Y.
Tsui
,
L. D.
Van Woerkom
,
M. S.
Wei
, and
S. C.
Wilks
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
055002
(
2010
).
23.
V. M.
Ovchinnikov
,
D. W.
Schumacher
,
G. E.
Kemp
,
A. G.
Krygier
,
L. D.
Van Woerkom
,
K. U.
Akli
,
R. R.
Freeman
,
R. B.
Stephens
, and
A.
Link
,
Phys. Plasmas
18
,
112702
(
2011
).
24.
T.
Ma
,
H.
Sawada
,
P. K.
Patel
,
C. D.
Chen
,
L.
Divol
,
D. P.
Higginson
,
A. J.
Kemp
,
M. H.
Key
,
D. J.
Larson
,
S.
Le Pape
,
A.
Link
,
A. G.
MacPhee
,
H. S.
McLean
,
Y.
Ping
,
R. B.
Stephens
,
S. C.
Wilks
, and
F. N.
Beg
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
115004
(
2012
).
25.
J. J.
Santos
,
F.
Amiranoff
,
S. D.
Baton
,
L.
Gremillet
,
M.
Koenig
,
E.
Martinolli
,
M. R.
Le Gloahec
,
C.
Rousseaux
,
D.
Batani
,
A.
Bernardinello
,
G.
Greison
, and
T.
Hall
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
025001
(
2002
).
26.
A. R.
Bell
and
R. J.
Kingham
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
035003
(
2003
).
27.
M.
Storm
,
A. A.
Solodov
,
J. F.
Myatt
,
D. D.
Meyerhofer
,
C.
Stoeckl
,
C.
Mileham
,
R.
Betti
,
P. M.
Nilson
,
T. C.
Sangster
,
W.
Theobald
, and
C.
Guo
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
235004
(
2009
).
28.
Y.
Sentoku
,
E.
d'Humières
,
L.
Romagnani
,
P.
Audebert
, and
J.
Fuchs
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
135005
(
2011
).
29.
M.
Kaluza
,
J.
Schreiber
,
M. I. K.
Santala
,
G. D.
Tsakiris
,
K.
Eidmann
,
J.
Meyer-ter-Vehn
, and
K. J.
Witte
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
045003
(
2004
).
30.
I.
Spencer
,
K. W. D.
Ledingham
,
R. P.
Singhal
,
T.
McCanny
,
P.
McKenna
,
E. L.
Clark
,
K.
Krushelnick
,
M.
Zepf
,
F. N.
Beg
,
M.
Tatarakis
,
A. E.
Dangor
,
P. A.
Norreys
,
R. J.
Clarke
,
R. M.
Allott
, and
I. N.
Ross
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B
183
,
449
(
2001
).
31.
L. J.
Perkins
,
B. G.
Logan
,
M. D.
Rosen
,
M. D.
Perry
,
T. D.
de la Rubia
,
N. M.
Ghoniem
,
T.
Ditmire
,
P. T.
Springer
, and
S. C.
Wilks
,
Nucl. Fusion
40
,
1
(
2000
).
32.
S. V.
Bulanov
,
T.
Zh. Esirkepov
,
V. S.
Khoroshkov
,
A. V.
Kuznetsov
, and
F.
Pegoraro
,
Phys. Lett. A
299
,
240
(
2002
).
33.
P. K.
Patel
,
A. J.
Mackinnon
,
M. H.
Key
,
T. E.
Cowan
,
M. E.
Foord
,
M.
Allen
,
D. F.
Price
,
H.
Ruhl
,
P. T.
Springer
, and
R.
Stephens
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
125004
(
2003
).
34.
M.
Borghesi
,
A.
Schiavi
,
D. H.
Campbell
,
M. G.
Haines
,
O.
Willi
,
A. J.
Mackinnon
,
P.
Patel
,
M.
Galimberti
, and
L. A.
Gizzi
,
Rev. Sci. Instrum.
74
,
1688
(
2003
).
35.
M.
Roth
,
T. E.
Cowan
,
M. H.
Key
,
S. P.
Hatchett
,
C.
Brown
,
W.
Fountain
,
J.
Johnson
,
D. M.
Pennington
,
R. A.
Snavely
,
S. C.
Wilks
,
K.
Yasuike
,
H.
Ruhl
,
F.
Pegoraro
,
S. V.
Bulanov
,
E. M.
Campbell
,
M. D.
Perry
, and
H.
Powell
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
436
(
2001
).
36.
P.
McKenna
,
A. P. L.
Robinson
,
D.
Neely
,
M. P.
Desjarlais
,
D. C.
Carroll
,
M. N.
Quinn
,
X. H.
Yuan
,
C. M.
Brenner
,
M.
Burza
,
M.
Coury
,
P.
Gallegos
,
R. J.
Gray
,
K. L.
Lancaster
,
Y. T.
Li
,
X. X.
Lin
,
O.
Tresca
, and
C.-G.
Wahlström
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
185004
(
2011
).
37.
M. N.
Quinn
,
X. H.
Yuan
,
X. X.
Lin
,
D. C.
Carroll
,
O.
Tresca
,
R. J.
Gray
,
M.
Coury
,
C.
Li
,
Y. T.
Li
,
C. M.
Brenner
,
A. P. L.
Robinson
,
D.
Neely
,
B.
Zielbauer
,
B.
Aurand
,
J.
Fils
,
T.
Kuehl
, and
P.
McKenna
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
53
,
025007
(
2011
).
38.
M.
Coury
,
D. C.
Carroll
,
A. P. L.
Robinson
,
X. H.
Yuan
,
C. M.
Brenner
,
M.
Burza
,
R. J.
Gray
,
K. L.
Lancaster
,
Y. T.
Li
,
X. X.
Lin
,
D. A.
MacLellan
,
H.
Powell
,
M. N.
Quinn
,
O.
Tresca
,
C.-G.
Wahlström
,
D.
Neely
, and
P.
McKenna
,
Phys. Plasmas
20
,
043104
(
2013
).
39.
P. P.
Rajeev
,
S.
Banerjee
,
A. S.
Sandhu
,
R. C.
Issac
,
L. C.
Tribedi
, and
G. R.
Kumar
,
Phys. Rev. A
65
,
052903
(
2002
).
40.
G. E.
Kemp
,
A.
Link
,
Y.
Ping
,
D. W.
Schumacher
,
R. R.
Freeman
, and
P. K.
Patel
,
Phys. Plasmas
20
,
033104
(
2013
).
41.
M.
Sherlock
,
Phys. Plasmas
16
,
103101
(
2009
).
42.
J. R.
Davies
,
A. R.
Bell
,
M. G.
Haines
, and
S. M.
Guerin
,
Phys. Rev. E
56
,
7193
(
1997
).
43.
A. G. R.
Thomas
,
M.
Sherlock
,
C. C.
Kuranz
,
C. P.
Ridgers
, and
R. P.
Drake
,
New J. Phys.
15
,
015017
(
2013
).
44.
S. C.
Wilks
,
W. L.
Kruer
,
M.
Tabak
, and
A. B.
Langdon
,
Phys. Rev. Lett.
69
,
1383
(
1992
).
45.
P.
Mora
,
Phys. Rev. Lett.
90
,
185002
(
2003
).
46.
J.
Schreiber
,
F.
Bell
,
F.
Grüner
,
U.
Schramm
,
M.
Geissler
,
M.
Schnürer
,
S.
Ter-Avetisyan
,
B. M.
Hegelich
,
J.
Cobble
,
E.
Brambrink
,
J.
Fuchs
,
P.
Audebert
, and
D.
Habs
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
045005
(
2006
).
47.
J.
Fuchs
,
P.
Antici
,
E.
d'Humières
,
E.
Lefebvre
,
M.
Borghesi
,
E.
Brambrink
,
C. A.
Cecchetti
,
M.
Kaluza
,
V.
Malka
,
M.
Manclossi
,
S.
Meyroneinc
,
P.
Mora
,
J.
Schreiber
,
T.
Toncian
,
H.
Pépin
, and
P.
Audebert
,
Nat. Phys.
2
,
48
(
2006
).
You do not currently have access to this content.