レーザー駆動イオン加速

Laser driven ion acceleration

大道 博行

Daido, Hiroyuki

本報告は、プラズマ・核融合学会誌の小特集「レーザープラズマ粒子加速器開発の最近の進展」に投稿する論文の一つである。レーザーはその発明以来短パルス化が追求され、それに対応して高出力化が進んできた。1990年代にはチャープパルス増幅法を用いて高出力化は飛躍的に進んだ。本小論では、この超短パルス高強度レーザーを用いた高エネルギーイオン発生についてレビューする。まずイオンの発生機構をまとめる。次に世界のイオン発生実験のまとめを行う。特に実用的レーザーイオン源開発に不可欠な、パルス幅100fs以下の小型高繰り返しレーザーを用いた実験に注目してまとめる。次に現在までの知見をもとにして、レーザーを用いたイオン加速器開発とその利用の可能性に言及する。最後に全体をまとめ、現状での課題を鮮明にする。

This paper reviews the recent activities of laser-driven ion generation studies. First, the mechanisms of the ion generation are described including the plasma sheath model which describes energetic proton generation driven by sub-ps high energy lasers. A pre-pulse plays a significant role especially for the fs laser driven ion generation. The under-dense plasma model described here is one of the mechanisms, which utilize pre-pulses. The quasi-mono-energetic ion beam obtained theoretically and computationally is reviewed. Then the experimental results on the ion generation driven by sub-ps large energy lasers as well as fs lasers are reviewed. Although lower maximum proton energy and efficiency compared with those driven by sub-ps lasers at present, the results given by the fs lasers are precisely described because the fs lasers may be closer to real applications. Finally the present project on the ultra small ion accelerator development for cancer therapy and related topics are reviewed.