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小瀧 秀行; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; 森 道昭; 神門 正城; 本間 隆之; Bulanov, S. V.
JAEA-Conf 2010-002, p.99 - 102, 2010/06
Laser Wake Field Acceleration (LWFA) is regarded for the next-generation of charged particle accelerators. In experiments, it has been demonstrated that LWFA is capable of generating electron bunches with high quality. In order to use a laser accelerated electron beam to applications, it is necessary to generate a stable electron beam and to control the electron beam. We succeed to generate a stable electron beam by using Nitrogen gas as a target. The profile of the electron beam can be controlled by changing the laser polarization. When we use a S polarized laser pulse, a 20 MeV electron beam is observed with a oscillation in the image of the energy spectrum. From the oscillation, the pulse width of the electron beam is calculated to 4 fs. The direction of the electron beam can be controlled by changing the gas jet position. The self-injected electron beam can be controlled by the control of the laser and the gas jet.
川瀬 啓悟; 神門 正城; 早川 岳人; 大東 出; 近藤 修司; 本間 隆之; 亀島 敬*; 小瀧 秀行; Chen, L. M.*; 福田 祐仁; et al.
JAEA-Conf 2010-002, p.95 - 98, 2010/06
前回の光量子シンポジウムにおいて発表したように、逆コンプトン散乱X線のフラックスを増大させるために、誘導ブリルアン散乱(SBS)によるレーザーパルスの圧縮を提案し、実際に試験を行った。その後、イメージリレーを導入することでSBSパルス圧縮システムの改善を実施した。結果、パルスエネルギー0.84Jで2.1nsの安定した圧縮パルスの発生を達成した。関西光科学研究所における逆コンプトン散乱X線源にこのシステムを導入することで、これまでの3.2倍の強度のX線フラックスの発生が期待できる。
), high-intensity (500 TW) J-KAREN laser system桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; et al.
JAEA-Conf 2010-002, p.18 - 21, 2010/06
従来のチタンサファイアチャープパルス増幅器(CPA)と光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)を組合せた高強度フェムト秒レーザーシステムの開発を行い、パルス圧縮前で30Jを超える高い増幅エネルギーを得た。再パルス圧縮することで約500TW級の高いピーク強度のレーザーパルスがポテンシャルとして生成可能であることを確認した。低利得のOPCPAを用いることにより、サブナノ秒の時間領域において10桁を超えるコントラスト、ナノ秒の時間領域において12桁程度の高いコントラストを得た。また、高エネルギー励起用グリーンレーザーの空間パターンを回折光学素子により制御し、ほぼ完全なフラットトップの空間プロファイルを得た。このシステムにより粒子加速などの高強度レーザーと物質との相互作用の実験的研究が進展するものと期待される。
小池 雅人; 今園 孝志; 河内 哲哉
JAEA-Conf 2010-002, p.75 - 78, 2010/06
現在X線多層膜を回折格子に付加し2keV近辺まで実用になっているラミナー型球面回折格子を用いる平面結像型斜入射分光器のさらなる高エネルギー領域への拡張及び広帯域化が望まれている。このような要求に対応するため、透過率の低い低エネルギー光に対応する周期長の長い多層膜を上部に、透過率の高い高エネルギー光に対応する周期長の短い多層膜を下部に形成すれば入射角一定の条件で広帯域の光に対して多層膜のいずれかの部分が回折格子の条件,拡張Bragg条件を満たし回折効率を保てるようにできると考えられる。この考え方に基づき、2
3.8keV(0.330.62nm)を対象エネルギー領域とする平面結像多層膜ラミナー型回折格子の設計を行った。結像特性及び回折効率のシミュレーション結果について述べる。
寺内 正己*; 小池 雅人
JAEA-Conf 2010-002, p.71 - 74, 2010/06
透過型電子顕微鏡を用いると大きな単結晶がなくとも電子回折図形から結晶方位を同定できるだけでなく、価電子が内殻ホールに遷移するときの軟X線発光を組合せることで、微小な単結晶領域から価電子帯の状態密度分布に関する情報が得られる。したがって、軟X線の発光異方性の計測が精度よく行える可能性があり、発光強度の異方性は価電子の空間分布の異方性を示すことになる。グラファイト試料の炭素K発光強度分布の角度依存性の測定を行い、
結合軌道と
結合軌道からの発光強度が異方的であると同時に、それぞれの軌道からの発光エネルギーも異なるという結果を得た。この結果からと結合軌道の状態密度分布を求めた。軌道が価電子帯上部に位置すること、バンド,バンドがエネルギー的に重なっていることが示された。
森林 健悟
JAEA-Conf 2010-002, p.120 - 123, 2010/06
レーザー励起X線源やX線自由電子レーザーなど最近、短パルス短波長高輝度X線源の開発が盛んに行われており、このX線源を用いた生体分子等の応用研究が検討されている。この開発や応用には、パルス幅やフラックスなどX線源の装置パラメータを知ることが不可欠である。ここでは中空原子(内殻電子が全くない状態)の発生及び光電子スペクトルを用いた観測手法の提案を行う。高輝度X線照射で生成された中空原子からの蛍光X線発生量と内殻励起状態(内殻電子が1つだけ電離した状態)からの蛍光X線の発生量の比は生体分子に照射されるX線フラックスに比例することがわかった。この比の観測が標的に照射されたX線フラックスの見積りになる可能性があることを明らかにした。高輝度X線照射では光電子が発生するが、これは、標的内に生じる電荷によってエネルギーを損失する。このエネルギーの損失によりX線フラックスを見積もれることを提案し、さらに、簡単な近似式を導きだし、それが、この観測に有効であることを示した。
Esirkepov, T. Z.; Bulanov, S. V.; 神門 正城; Pirozhkov, A. S.; Zhidkov, A.*
JAEA-Conf 2010-002, p.116 - 119, 2010/06
A novel ultra-bright high-intensity source of X-ray and 
radiation is proposed. It is based on the double Doppler effect and the radiation pressure dominant regime of ion acceleration. High harmonics generated at the accelerating plasma slab undergo multiplication with the factor equal to the quadruple of the square of the plasma slab Lorentz factor.
中村 龍史; 福田 祐仁; 岸本 泰明*
no journal, ,
現在建設中のX線自由電子レーザー(XFEL)はこれまでにない高輝度のX線源であることから、結晶化をすることのできない生体分子の構造解析等に大きく貢献すると考えられている。一方、XFEL光はその高いX線密度から、イオン化によるターゲットの損傷が起こることが予想される。本研究では、内殻励起過程をモデル化により考慮した電磁粒子コードを作成し、それを用いて生体分子を模擬した炭素クラスターのイオン化ダイナミクスの解明を行った。この結果、内殻励起により発生した高エネルギー電子が作る高エネルギー密度プラズマによりターゲット表面及び内部に強い電界が誘起され、この電界によりターゲットイオン化が促進されることが明らかとなった。特に、XFEL強度が10
/pulse/mm
を超えると、レーザー照射中に存在する束縛電子数は一つ以下となり、イメージングは難しくなることがわかった。損傷を抑えるためにはレーザー強度を10
/pulse/mm程度に抑える必要があることを明らかにし、今後の実験へ提案を行った。
阿部 浩之; 織茂 聡; 岸本 雅彦*; 青根 茂雄*; 内田 裕久*; 大道 博行; 大島 武
no journal, ,
荷電粒子を利用した高付加価値材料の創製には、照射効果のメカニズムを理解し、効率的に特性改質を図ることが重要である。われわれは、荷電粒子線照射による金属材料の構造変化や水素吸放出特性を調べ、メカニズム解明に必要な基礎データを取得するとともに、水素吸蔵材料の高機能化に関する研究を行っている。既に単色プロトン照射ビームをはじめ種々のイオン照射を実施しているが、今回は、関西光科学研究所のレーザー駆動プロトンビーム(J-KAREN)において広エネルギー帯域(数十keV3.2MeV)のプロトンビームを水素吸蔵材料Pdに照射し、その有用性について調査した。また比較としてTIARAタンデム加速器で16MeVプロトンビームを実用水素吸蔵合金に照射した。照射サンプルの水素吸蔵初期反応速度測定を実施し、未照射サンプルとレーザー駆動プロトンビーム,単色プロトンビーム照射(TIARA)との測定結果を比較した。その結果、未照射サンプルに対してレーザ駆動プロトンビーム照射では最大で16倍の反応速度向上が見られた。TIARAを用いた単色プロトンビーム照射実験の結果では5倍程度の向上であり、このことより、広エネルギー帯域なプロトンビーム照射の有効性が実証された。
中村 龍史; 福田 祐仁; 余語 覚文; 反保 元伸; 神門 正城; 林 由紀雄; 亀島 敬*; Pirozhkov, A. S.; Esirkepov, T. Z.; Pikuz, T. A.*; et al.
no journal, ,
負イオンの加速過程としてクーロン爆縮モデルを提案した。クーロン爆縮モデルはクラスターターゲットやレーザーの自己収束チャネルでの負イオン加速を説明する。クラスターターゲットやレーザーチャネルでは、クーロン爆発により正イオンが高エネルギーまで加速されることが実験及び理論的に示されている。ターゲット内に少量の負イオンが存在する場合、負イオンは正イオンと反対方向に加速されるため、ターゲット中心に向かい爆縮する。その後、中心を通過あるいは反射することでターゲットから飛散する。理論モデルにより、負イオンの運動及びエネルギースペクトル等の詳細について解析した。また、理論モデルを二次元粒子シミュレーションにより検証し、解の安定性及びモデルの妥当性を確認した。さらに、シミュレーションにより、クーロン爆縮モデルを幾つかの系,クラスター,自己収束チャネル,他成分ガスターゲット等、に適用し、負イオン加速を確認すると同時に負イオンのエネルギー特性等について詳細を示した。
岡田 大; 中井 善基; 桐山 博光; 田中 桃子; 笹尾 一; 越智 義浩; 杉山 僚
no journal, ,
QUADRAの主要装置である高平均出力極短パルスレーザーシステムの要素技術として、半導体レーザー(LD)励起によるセラミックスレーザー増幅器の試作に着手するとともに、この増幅光を励起光源とした、高繰り返し動作における広帯域の光パラメトリックチャープパルス増幅技術に関する基礎研究を開始している。
越智 義浩; 河内 哲哉; 長谷川 登; 寺川 康太*; 末元 徹; 富田 卓朗*; 山本 稔*; 出来 真斗*; 田中 桃子; 錦野 将元; et al.
no journal, ,
日本原子力研究開発機構(原子力機構)・関西光科学研究所にて開発した軟X線レーザーの物性研究への応用を進めている。原子力機構の軟X線レーザーは波長13.9nmで空間コヒーレンスに優れ、パルス幅は7ピコ秒、パルスあたりの光子数が約10
個と極めて高輝度な短パルス軟X線光源であり、最大繰り返し頻度は0.1Hzと実用的なレベルに達している。この軟X線レーザーを用いて、光誘起相転移等の固体表面における高速過渡状態を、ナノメートルの空間分解能かつピコ秒の時間分解能でシングルショット観察することを目指している。この軟X線レーザーを用いた干渉計を構築し、Pt/Siミラー上にナイフ傷をつけた静的なサンプルにて分解能の評価を行った結果を図に示す。表面擾乱(Z方向)に対して10nm程度、二次元空間(XY平面)に対して1.4
mの空間分解能が得られている。なお、XY方向の空間分解能は検出器(CCDカメラ)のピクセルサイズによるものである。講演では、干渉計の詳細について報告し、本装置を用いた物性研究への展開について議論したい。
立野 亮; 杉山 僚; 原田 善寿*; 井原 正博*; 柏木 邦宏*
no journal, ,
次世代の極短パルス超高ピーク出力レーザーシステムを実現するには、高強度のレーザー光に対して高い耐力を有するレーザー多層膜ミラーが不可欠である。なぜなら、超短パルス超高ピーク出力レーザーの発振繰り返し周波数が、これまでの数10Hzに対して2桁以上高いkHz級であるために、高光強度による多層膜の劣化と、レーザーミラー多層膜での微小な光吸収による発熱の影響が大きくなるためである。そのため、現状のレーザー多層膜を用いた場合、耐久性が足らず、極端パルスの光強度が長期にわたって安定しないことが問題になっている。本発表では、これら超短パルスレーザーに対するレーザーミラーの損傷メカニズムについて調査し、これらレーザー光源に対して高耐久性を持つレーザー多層膜の開発について発表する。
杉山 僚; 桐山 博光; 越智 義浩; 田中 桃子; 中井 善基; 笹尾 一; 立野 亮; 岡田 大; 小菅 淳; 坪内 雅明
no journal, ,
原子力機構次世代レーザー開発研究グループにおける今期の中心開発課題は、超短パルスレーザーのJ-KAREN及びTOPAZの高度化である。J-KARENにおいては、ピーク出力500TW相当の高強度レーザーパルス光の発生に成功するとともに、10の10乗台を超える高コントラスト化を達成した。また、TOPAZでは、0.1Hz動作にて、現在1ビームあたり約15Jのパルス出力を発生した。また、光ネット事業(昨年8月開始)におけるQUADRA:高品位高輝度光源(Quality Ultra ADvanced RAdiation Source)開発に着手した。当事業は、高出力LD励起型のkHz級高平均出力超短パルスレーザー開発である。22年度からの原子力機構の次期中期5か年計画における新規光源開発を行ううえで、QUADRA開発は欠かせない。
錦野 将元; 佐藤 克俊; 石野 雅彦; 長谷川 登; 河内 哲哉; 沼崎 穂高*; 手島 昭樹*; 大島 慎介*; 西村 博明*
no journal, ,
レーザープラズマX線源は、従来のX線管や加速器と比べて超短パルス,単色,高輝度という特徴を持つ。そこで超短パルス高強度レーザーによって生成されるレーザープラズマX線(8keV)やX線レーザー(90eV)をがん細胞株に照射し、誘発される放射線生物影響の解明を目的として、レーザープラズマX線マイクロビーム装置の開発を行った。レーザープラズマX線の実験では、銅フォイルを用いてK殻特性X線を発生させ、ポリキャピラリーX線レンズを用いてX線を集光し細胞へ照射した。X線レーザーの実験では球面鏡を用いてX線を集光し細胞へ照射した。がん細胞株としてヒト肺腺がん細胞株を用い、照射終了後に抗H2AX抗体,抗リン酸化型ATM抗体を用いた免疫蛍光染色法により二本鎖切断部位を検出した。免疫蛍光染色の結果、レーザープラズマX線の照射により誘発されたH2AX及びリン酸化ATMのフォーカスとよばれるスポットの形成が確認された。
今園 孝志; 笹井 浩行*; 原田 善寿*; 岩井 信之*; 森谷 直司*; 佐野 一雄*; 鈴木 庸氏; 加道 雅孝; 河内 哲哉; 小池 雅人
no journal, ,
軟X線光学素子評価システム(立命館大学SRセンター軟X線ビームラインBL-11に設置)は軟X線(0.725nm)を用いて多層膜鏡や回折格子等の光学特性を評価することができる。近年、光自身や物質と相互作用する前後の光の偏光状態に注目が集まっており、移相子や偏光子等の偏光素子の開発が望まれている。しかし、現状の評価システムでは偏光素子の評価を行うことはできず、ニーズに対応しきれていない。あらかじめ偏光状態を把握しておくことは光学素子を開発するうえで極めて有用であることから、偏光解析装置を新たに開発することで評価システムを高度化することとした。X線レーザー発振波長で高い特性を持つよう設計し、作製したMo/Si多層膜を偏光子として用いて行った波長12.414.8nmにおけるBL-11の直線偏光度測定を行った結果、直線偏光度は8588%であり、測定波長域ではほぼ一定であることがビームラインの建設以来初めて明らかとなった。本測定により、同評価システムにおいて偏光素子を含む多様な光学素子の研究開発が可能となったことが実証された。
坪内 雅明; 横山 啓一; 杉山 僚
no journal, ,
本研究では、テラヘルツ任意波形整形へ向けた最も簡単な系として、テラヘルツダブルパルス発生について精査した。テラヘルツ光の発生の場である結晶のダイナミクスやプラズマ内での光の挙動が、ダブルパルス発生に対して大きく影響することが明らかになった。これは精密なテラヘルツ波形整形の実現における本質的な問題点であり、結晶やプラズマのダイナミクスを正確に考慮に入れた実験装置の設計が必須である。
守田 利昌; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; 山極 満
no journal, ,
光量子科学研究ユニットにおけるレーザー粒子加速シミュレーション研究について発表する。レーザー粒子加速シミュレーション研究の目的は、その加速機構と現象を理論とコンピュータシミュレーションを用いて明らかにすることである。イオン加速については、レーザーから生成イオンへの高効率なエネルギー変換,イオン発生数とそのエネルギーの向上,生成イオンの単色エネルギー化の方法を示すことが重要な課題である。本報告では、より精度の高いシミュレーション結果を得るための理論及び計算方法に関する研究,ダブルサイドミラーによる短パルスX線発生に関する研究,高エネルギーイオンを生成するためのターゲットパラメータに関する研究,レーザー入射角度と照射位置に対する生成イオンの特性に関する研究の結果について述べる。
