レーザー駆動イオン加速実験における光中性子を考慮したイオン計測

A Diagnosis of laser-accelerated ion beams considered with photo-neutrons contaminants

金崎 真聡; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 神野 智史   ; 西内 満美子; 服部 篤人*; 松川 兼也*; 近藤 公伯; 小田 啓二*; 山内 知也*

Kanasaki, Masato; Fukuda, Yuji; Sakaki, Hironao; Yogo, Akifumi; Jinno, Satoshi; Nishiuchi, Mamiko; Hattori, Atsuto*; Matsukawa, Kenya*; Kondo, Kiminori; Oda, Keiji*; Yamauchi, Tomoya*

クラスターガスターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速において、高エネルギーイオンのみではなく、100MeVを超える指向性の高い電子線も同時に発生する。このような高エネルギー電子線が実験装置を構成する物質中に入射した場合、制動放射によりエネルギーの高い光子を放出し、発生した光子は、物質中の原子核との光核反応により中性子を発生する。CR-39固体飛跡検出器は、電子線やX線など低LET放射線との混成場においてもイオンのみを選択的に検出可能なため、レーザー駆動イオンビーム診断に幅広く利用されているが、これら一連の反応を通じて発生する光中性子は、CR-39内部の水素原子を反跳することで間接的に飛跡を残し、CR-39上にエッチピットを形成するためバックグランドノイズとなる。高精度なイオンビーム診断のためには、光中性子によるエッチピット形成をできるだけ低減させる必要がある。そこで本研究では、モンテカルロシミュレーションを用い、CR-39に入射する光中性子数が最小に抑えられるよう、積層型検出器の設計と検出器設置場所の検討を行った。

In laser-driven ion acceleration experiments applying cluster-gas target, along with high energy ions, a significant amount of well-collimated high energy electrons with several hundreds of MeV are produced. Such fast electrons could produce high energy photons via bremsstrahlung processes. Furthermore, such photons could produce photo-neutrons in a series of (,n) reactions. If CR-39 detectors, which can detect only ions and it is insensitive to high energy photons and electrons, is exposed to such photo-neutrons, it can record recoiled protons and other heavy ions generated by the nuclear reactions. In order to precisely diagnose only for laser accelerated ions, we have to keep the photo-neutron flux level as low as possible, because it could cause significant contaminant effects to the CR-39 as a background noise. In the present study, to minimize the flux of photo-neutrons, we have considered the geometry of the stacked CR-39 detector unit by using Monte Carlo simulation.