Prompt in-line diagnosis of single bunch transverse profiles and energy spectra for laser-accelerated ions

レーザー駆動型イオンにおけるシングルショットバンチビームの横方向形状計測とエネルギースペクトルの高速インライン診断手法

榊 泰直; 西内 満美子; 堀 利彦; Bolton, P.; 余語 覚文; 片桐 政樹*; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 織茂 聡; 近藤 公伯; 岩瀬 宏*; 仁井田 浩二*; 想田 光*; 野田 章*; 井関 康*; 吉行 健*

Sakaki, Hironao; Nishiuchi, Mamiko; Hori, Toshihiko; Bolton, P.; Yogo, Akifumi; Katagiri, Masaki*; Ogura, Koichi; Sagisaka, Akito; Pirozhkov, A. S.; Orimo, Satoshi; Kondo, Kiminori; Iwase, Hiroshi*; Niita, Koji*; Soda, Hikaru*; Noda, Akira*; Iseki, Yasushi*; Yoshiyuki, Takeshi*

これまで、レーザー駆動型粒子線加速実験においては、ビーム診断手法にCR39という固体飛跡検出器を用いることが一般的であった。しかし、固体検出器は実時間性を持たない検出器であるために、不安定なプラズマから粒子が発生するメカニズムの解明においては、その不安定性がレーザーに依存するものか、プラズマ自身が持つものなのかが1ショットごとに分析できなかった。そこで、それらの問題を解決するために、蛍光膜モニタを使った加速粒子のビーム形状とTOF法によるエネルギー分布を1ショットごとに観測できるシステムを構築した。この構築には、原子力機構が開発したPHITSコードを用いて、その設計性能の高さ及び、診断解析への有効性を示している。

Many applications of laser-accelerated ions will require beamlines with diagnostic capability for validating simulations and machine performance at the single bunch level as well as for the development of controls to optimize machine performance. We demonstrated prompt, in-line, single bunch transverse profile and energy spectrum detection using a thin luminescent diagnostic and scintillator-based time-of-flight spectrometer simultaneously. The Monte Carlo code, particle and heavy ion transport code systems (PHITS) simulation is shown to be reasonably predictive at low proton energy for the observed transverse profiles measured by the thin luminescent monitor and also for single bunch energy spectra measured by time-of-flight spectrometry.