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精密に時間制御された高強度レーザーによるイオン加速

Ion acceleration using temporally-controlled high-intensity laser pulses

余語 覚文; 大道 博行; 森 道昭; 桐山 博光; Bulanov, S. V.; Bolton, P.; Esirkepov, T. Z.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 織茂 聡; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 長友 英夫*; 大石 祐嗣*; 名雪 琢弥*; 藤井 隆*; 根本 孝七*; 金沢 修平; 近藤 修司; 岡田 大; 中井 善基; 圷 敦; 下村 拓也; 田上 学*; 本村 朋洋*; 中村 衆*; 白井 敏之*; 岩下 芳久*; 野田 章*

Yogo, Akifumi; Daido, Hiroyuki; Mori, Michiaki; Kiriyama, Hiromitsu; Bulanov, S. V.; Bolton, P.; Esirkepov, T. Z.; Ogura, Koichi; Sagisaka, Akito; Orimo, Satoshi; Nishiuchi, Mamiko; Pirozhkov, A. S.; Nagatomo, Hideo*; Oishi, Yuji*; Nayuki, Takuya*; Fujii, Takashi*; Nemoto, Koshichi*; Kanazawa, Shuhei; Kondo, Shuji; Okada, Hajime; Nakai, Yoshiki; Akutsu, Atsushi; Shimomura, Takuya; Tanoue, Manabu*; Motomura, Tomohiro*; Nakamura, Shu*; Shirai, Toshiyuki*; Iwashita, Yoshihisa*; Noda, Akira*

パルス時間波形の高度に制御された1Hz繰返し運転可能なレーザーを用いて、密度の制御されたターゲットからの陽子線加速機構を検証した。実験の結果、高コントラストのレーザーを用いた、固体密度ターゲットを用いた陽子線加速では、エネルギーの安定した陽子線を再現性よく発生させることが可能となった。一方、臨界密度近傍に制御されたターゲットでは、ビームの高エネルギー成分が低エネルギー成分とは異なる方向に加速される結果を得た。計算機シミュレーションの結果、ターゲット裏面の磁場が陽子線加速電場を傾かせる効果をもつことが明らかになった。これをさらに発展させて、ターゲットの密度分布を高度に制御すれば、ビーム方向をエネルギーに応じてコントロールすることが可能になると考えられる。高強度レーザーの時間・空間制御技術の発展は、レーザー駆動粒子線の利用研究において、今後さらに重要な役割を担うことになるものと結論する。

The acceleration of protons driven by a high-intensity laser is comprehensively investigated via control of the target density by using ASE just before the time of the main-laser interaction. Two cases were investigated for which the ASE intensity differed by three orders of magnitude: In the low contrast case the beam centre for higher energy protons is shifted closer to the laser-propagation direction of 45$$^{circ}$$, while the center of lower-energy beam remains near the target normal direction. Particle-in-cell simulations reveal that the characteristic proton acceleration is due to the quasistatic magnetic field on the target rear side with the magnetic pressure sustaining a charge separation electrostatic field.

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