Energy increase in multi-MeV ion acceleration in the interaction of a short pulse laser with a cluster-gas target

クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速の高エネルギー化

福田 祐仁

Fukuda, Yuji

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1020MeV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3.4度は、従来手法よりも小さく、医療応用へ向けたコンパクトなビーム伝送系・照射系の設計にも適していることが明らかとなった。

We present a new approach where high energy ions are generated from the irradiation of a cluster-gas target by a compact ultrashort pulse laser. With this approach, we have demonstrated efficient generation of high energy ions with energies up to 10-20 MeV per nucleon and with a small full-angle divergence of 3.4 degree by irradiating the replenishable cluster-gas target with 40-fs laser pulses of only 150 mJ energy at 1 Hz repetition rate. This corresponds to approximately tenfold improvement of the accelerated ion energy compared to previous experiments with solid targets.