Proof of principle experiment of laser-driven exotic nuclei extraction-acceleration method

レーザー駆動型不安定性核取り出しおよび加速法の原理実証について

西内 満美子; 榊 泰直; 西尾 勝久   ; Orlandi, R.  ; 佐甲 博之   ; Pikuz, T. A.*; Faenov, A. Ya.*; Esirkepov, T. Z.; Pirozhkov, A. S.; 松川 兼也*; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 金崎 真聡; 桐山 博光; 福田 祐仁; 小浦 寛之   ; 神門 正城; 山内 知也*; 渡辺 幸信*; Bulanov, S. V.; 近藤 公伯; 今井 憲一; 永宮 正治*

Nishiuchi, Mamiko; Sakaki, Hironao; Nishio, Katsuhisa; Orlandi, R.; Sako, Hiroyuki; Pikuz, T. A.*; Faenov, A. Ya.*; Esirkepov, T. Z.; Pirozhkov, A. S.; Matsukawa, Kenya*; Sagisaka, Akito; Ogura, Koichi; Kanasaki, Masato; Kiriyama, Hiromitsu; Fukuda, Yuji; Koura, Hiroyuki; Kando, Masaki; Yamauchi, Tomoya*; Watanabe, Yukinobu*; Bulanov, S. V.; Kondo, Kiminori; Imai, Kenichi; Nagamiya, Shoji*

既存の加速器時術によるRIビームは核物理の分野において重要な役割を果たす。しかしながら既存の加速器技術によるRI源にはさらなるフロンティアを目指す際にいくつか限界がある。それを打破する一つの方法として、レーザー駆動型のイオン加速手法と現存の核物理における計測方法を組み合わせるというものがある。最近のレーザー技術の発展により、小型のレーザーによって、わずか10Jほどのエネルギーで10Wcmの強度を達成するに至った。このようなレーザーと個体ターゲットとの相互作用によって、非常に高電離の重イオンを、ターゲットの化学的性質によらず、低いエミッタンスで提供できる。我々はLaser-driven Exotic Nuclei extraction-acceleration methods(LENex)を提案する。LENexにおいては、ターゲットが外部の加速器ビームで照射されて、不安定性核がターゲット中に生成された直後、超高強度レーザーで照射することで、その不安定性核を高エネルギー、高電荷で取り出す。第一ステップの原理実証実験として、J-KARENレーザーを用いて、ほぼフルストリップに近い鉄のイオンを16MeV/uまで取り出した。

The contemporary radiofrequency accelerator technology provides radio-isotope beams for the research. However, the existing technology now faces difficulties in exploring the further frontiers. One of the solutions might be brought by the combination of the state of the art high intensity short pulse laser system and the nuclear measurement technique. Recent progress of the laser technology brought table-top lasers with focused intensity up to 10 Wcm with only less than 10 J of energy on target. By the interaction with the solid density target, the laser can extract heavy ions in multi-charged state and low emittance, independently on the chemical properties of the target material. We propose Laser-driven Exotic Nuclei extraction-acceleration methods (LENex), in which the exotic nuclei which are the products in the target by the bombardment of the external ion beam, are extracted away by a femtosecond petawatt laser pulse in the form of highly-charged and high energy beam. As a proof-of-experiment of the LENex scheme, we demonstrate the extraction of the almost fully stripped iron ions with the energies of 0.9 GeV by J-KAREN laser system.