原子力機構J-KARENレーザーの高度化とその利用研究,4; 高強度超短パルスレーザー駆動陽子ビームの高周波電場による位相回転法

Improvement of the JAEA J-KAREN laser and its applications to high field science, 4; Phase rotation technique of the intense and short pulse laser driven proton beam by synchronous RF field

西内 満美子; 大道 博行; 余語 覚文; 森 道昭; 桐山 博光; 金沢 修平; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 織茂 聡; 近藤 修司; 山本 洋一 ; 下村 拓也*; 田上 学*; 中井 善基; 圷 敦; Bulanov, S. V.; 木村 豊秋; 田島 俊樹; 池上 将弘*; 中村 衆*; 岩下 芳久*; 白井 敏之*; 想田 光*; 田島 裕二郎*; 野田 章*; 大石 祐嗣*; 根本 孝七*

Nishiuchi, Mamiko; Daido, Hiroyuki; Yogo, Akifumi; Mori, Michiaki; Kiriyama, Hiromitsu; Kanazawa, Shuhei; Sagisaka, Akito; Ogura, Koichi; Orimo, Satoshi; Kondo, Shuji; Yamamoto, Yoichi; Shimomura, Takuya*; Tanoue, Manabu*; Nakai, Yoshiki; Akutsu, Atsushi; Bulanov, S. V.; Kimura, Toyoaki; Tajima, Toshiki; Ikegami, Masahiro*; Nakamura, Shu*; Iwashita, Yoshihisa*; Shirai, Toshiyuki*; Soda, Hikaru*; Tajima, Yujiro*; Noda, Akira*; Oishi, Yuji*; Nemoto, Koshichi*

高強度超短パルスレーザー駆動のMeV級陽子線に対して、レーザーに同期した高周波電場を印加することにより、通常であれば連続的である陽子線のエネルギースペクトルを準単色化すること、及びその空間的な分布を制御することに成功した。原子力機構のJ-KARENレーザーを410Wcmの強度でポリイミドターゲット上に集光し最大エネルギー2.2MeVの安定な陽子線を生成、この陽子線をレーザーに同期させた高周波電場空胴に導いた。高周波電場の伝播方向の電場の効果により陽子線のエネルギースペクトルに顕著なピークが生成され、エネルギー広がりは100%から11%(FWHM)にまで減少した。同時に動径方向の電場の効果で、陽子ビームを空間的に収束及び発散させることに成功した。モンテカルロシミュレーションによれば、空間的に収束する陽子線成分は連続的なエネルギースペクトルを持ち、発散する成分は準単色なエネルギースペクトルを持つ。このような位相回転法は、シングルショットではなく繰り返し発生する陽子線のエネルギー及び空間分布を再現性よく制御することができ、さまざまな応用分野への適用が期待される。

By applying the RF filed to the high intensity short pulse laser-driven MeV proton beam, we have demonstrated the generation of the quasi-monoenegetic proton spectra and modification of the spatial distribution of proton beams. We used J-KAREN laser system at the JAEA. We focused it to Polyimide target. The intensity was 410Wcm. We produced repetetively the proton beams with the maximum energy of 2.2 MeV. We guided this proton beam to the cabvity of the RF field. We observed significant energy peaks in the proton energy spectra. The resultant energy concentration was 11 % (FWHM) out of 100 %. At the same time, we could change the divergence of the beam with the RF field. According to the Monte-Carlo simulation, the spatially converging proton beam has energy spectra with the energy spread of 100 %, on the contrary the spatially diverging beam has mono-energetic energy spectra. This method is very useful because it can apply to repetitivelly produced proton beams to control the energy as well as spatial distributions.