原子力機構における高コントラストTi:Sapレーザーによる高エネルギーイオン発生実験の現状

Laser-accelerated high energy proton beam generation with the high contrast Ti:Sap laser at JAEA

西内 満美子; 余語 覚文; 小倉 浩一; 森 道昭; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 織茂 聡; 反保 元伸; 桐山 博光; 下村 拓也; 田上 学*; 中井 善基; 笹尾 一; 笹尾 文崇*; 岡田 大; 若井 大介*; 金沢 修平; 杉山 僚; 近藤 公伯; Brenner, C.*; Neely, D.*

Nishiuchi, Mamiko; Yogo, Akifumi; Ogura, Koichi; Mori, Michiaki; Sagisaka, Akito; Pirozhkov, A. S.; Orimo, Satoshi; Tampo, Motonobu; Kiriyama, Hiromitsu; Shimomura, Takuya; Tanoue, Manabu*; Nakai, Yoshiki; Sasao, Hajime; Sasao, Fumitaka*; Okada, Hajime; Wakai, Daisuke*; Kanazawa, Shuhei; Sugiyama, Akira; Kondo, Kiminori; Brenner, C.*; Neely, D.*

原子力機構においてレーザーを用いた医療用の小型加速器開発を行っている。医療用レーザー駆動陽子線加速器を実現するには、(1)レーザー、(2)陽子線源、(3)伝送・照射系の開発が必要である。本講演では、そのうち陽子線源に関する開発の現状を述べる。繰り返しの効く小型レーザーによって、80MeVのエネルギーの陽子線を治療に必要な個数だけ、安定に発生する必要があり、より高エネルギー陽子線を高効率に発生する必要がある。そのための手法として、高コントラスト(プリパルスが少ない)なレーザーをより薄いターゲットに照射するという方法が、世界的に主流となっており、プラズマミラーを導入することによって、11桁以上のコントラストを持つレーザーパルスを達成し、ナノメータレベルの厚さの薄膜と相互作用させて陽子線発生が行われている。このスキームによる世界記録は、エネルギー50J, 700fsの長いパルスを用いた場合最高エネルギー25MeV、0.7J, 45fsの短パルスを用いた場合13MeVの陽子線の確認となっている。われわれは、高コントラストTi:Sapレーザー(J-KAREN)を用いて、陽子線加速実験を行った。J-KARENレーザーはプラズマミラーを用いずに、レーザー単体で11桁以上の高コントラストを達成している。パルス幅45fs, 4Jのレーザーパルスを10Wcmの強度で、厚さ2ミクロンのAl薄膜に集光したところ、最高エネルギー14MeVの陽子線の発生が確認できた。この値は、短パルスレーザーを用いて行われた実験の世界最高レベルと、ほぼ同等の値となっている。

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