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Novel path towards compact laser ion accelerators for hadron therapy; Tenfold energy increase in laser-driven multi-MeV ion generation using a cluster-gas target

放射線治療用加速器の小型化を目指したレーザー駆動イオン源の開発; クラスターターゲットによるイオン加速の高エネルギー化

福田 祐仁; Faenov, A. Y.; 反保 元伸; Pikuz, T.*; 中村 龍史; 神門 正城; 林 由紀雄; 余語 覚文; 榊 泰直; 川瀬 啓悟; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 森 道昭; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; Boldarev, A.*; Gasilov, V.*; Magunov, A.*; 児玉 了祐*; 山内 知也*; Bolton, P.; 加藤 義章; 田島 俊樹; 大道 博行; Bulanov, S. V.

Fukuda, Yuji; Faenov, A. Y.; Tampo, Motonobu; Pikuz, T.*; Nakamura, Tatsufumi; Kando, Masaki; Hayashi, Yukio; Yogo, Akifumi; Sakaki, Hironao; Kawase, Keigo; Pirozhkov, A. S.; Ogura, Koichi; Mori, Michiaki; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; Boldarev, A.*; Gasilov, V.*; Magunov, A.*; Kodama, Ryosuke*; Yamauchi, Tomoya*; Bolton, P.; Kato, Yoshiaki; Tajima, Toshiki; Daido, Hiroyuki; Bulanov, S. V.

レーザーを用いたイオン加速手法の開発は、粒子線がん治療装置の小型化,低価格化の観点から注目を集めている。本研究では、新たにクラスターターゲットをイオン加速研究に導入し、核子あたりの最大エネルギーが10$$sim$$20MeV/nという、従来の同規模クラスのレーザー装置を用いた場合の約10倍の加速エネルギーを得ることに成功した。この手法により生成したイオンの発散角は、従来手法よりも小さく、医療利用へ向けたビーム伝送・照射系の設計にも適していることが明らかとなった。

We demonstrate generation of 10-20 MeV/u ions with a compact 4 TW laser using a gas target mixed with submicron clusters, corresponding to tenfold increase in the ion energies compared to previous experiments with solid targets. It is inferred that the high energy ions are generated due to formation of a strong dipole vortex structure. The demonstrated method has a potential to construct compact and high repetition rate ion sources for hadron therapy and other applications.

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