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レーザー駆動MeV級陽子線の実用化に向けた伝送; 四重極磁石による空間収束とエネルギースペクトルの準単色化

Transportation of the laser-driven MeV proton beam for the application; Spatial focusing and spectral enhancement with PMQs

西内 満美子; 大東 出; 森 道昭; 織茂 聡; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 榊 泰直; 堀 利彦; 余語 覚文; Pirozhkov, A. S.; 杉山 博則*; 桐山 博光; 岡田 大; 金沢 修平; 近藤 修司; 下村 拓也; 田上 学*; 中井 善基; 笹尾 一; Bolton, P.; 大道 博行; 想田 光*; 白井 敏之*; 野田 章*; 大石 祐嗣*; 藤井 隆*; 根本 孝七*; Choi, I. W.*; Sung, J. H.*; Lee, J.*; 井関 康*; 吉行 健*

Nishiuchi, Mamiko; Daito, Izuru; Mori, Michiaki; Orimo, Satoshi; Ogura, Koichi; Sagisaka, Akito; Sakaki, Hironao; Hori, Toshihiko; Yogo, Akifumi; Pirozhkov, A. S.; Sugiyama, Hironori*; Kiriyama, Hiromitsu; Okada, Hajime; Kanazawa, Shuhei; Kondo, Shuji; Shimomura, Takuya; Tanoue, Manabu*; Nakai, Yoshiki; Sasao, Hajime; Bolton, P.; Daido, Hiroyuki; Soda, Hikaru*; Shirai, Toshiyuki*; Noda, Akira*; Oishi, Yuji*; Fujii, Takashi*; Nemoto, Koshichi*; Choi, I. W.*; Sung, J. H.*; Lee, J.*; Iseki, Yasushi*; Yoshiyuki, Takeshi*

われわれのこれまでの研究から、フェムト秒テラワットレーザーと固体ターゲットとの相互作用により、エネルギーMeV級の陽子線を安定に繰り返し1Hzで生成することに成功してきた。生成される陽子線は、既存加速器からのビームと比べて低エミッタンスで、個数が10$$^{13}$$個以上である。しかしながら、約10度もの非常に大きな発散性を持ち、エネルギースペクトルがブロードであるという、実用上問題となる特徴もある。本研究では、レーザー駆動陽子線の実用化に向けて、永久四重極磁石を用いたレーザー駆動陽子線の伝送を行い、空間的な収束・エネルギースペクトルの準単色化に成功した。陽子線の収束点における空間分布、及びスペクトルの準単色化の様子は、空間電荷効果を無視したモンテカルロシミュレーションにより十分再現することがわかった。

From our previous research, we have successfully produce MeV proton beam by 1Hz repetition rate stabely from the interaction between the femto-second TW laser with solid target. Produced proton beam exhibits lower emittance. The number of proton beam is 10$$^{13}$$. However, it shows large divergence angle of 10 degree. The energy spectrum exhibits 100% energy spread. These are problematic for some specific applications. In this study we transported the laser-driven proton beam with permanent quadrapole magnet for the future application. We successfully obtain focused proton beam as well as the monochromatic proton beam. Those spatial distribution at the focus point as well as the spectral information is well reproduced by the montecalro simulation.

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