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論文

Prepulse and amplified spontaneous emission effects on the interaction of a petawatt class laser with thin solid targets

Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; 砂原 淳*; 守田 利昌; 錦野 将元; 影山 慶*; 長友 英夫*; 西原 功修; 匂坂 明人; 小瀧 秀行; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 745, p.150 - 163, 2014/05

 被引用回数:28 パーセンタイル:2.15(Instruments & Instrumentation)

When a finite contrast petawatt laser pulse irradiates a micron-thick foil, a prepulse creates a preplasma, where an ultrashort relativistically strong portion of the laser pulse acquires higher intensity due to relativistic self-focusing and undergoes fast depletion transferring energy to fast electrons. If the preplasma thickness is optimal, the main pulse can reach the target generating fast ions more efficiently than an ideal, infinite contrast, laser pulse. The optimal conditions for hundreds of MeV ion acceleration are found with accompanying effects important for diagnostics, including high-order harmonics generation.

論文

Controlling the generation of high frequency electromagnetic pulses with relativistic flying mirrors using an inhomogeneous plasma

Lobet, M.*; 神門 正城; Koga, J. K.; Esirkepov, T. Z.; 中村 龍史; Pirozhkov, A. S.; Bulanov, S. V.

Physics Letters A, 377, p.1114 - 1118, 2013/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:39.22(Physics, Multidisciplinary)

非一様密度プラズマ中での相対論飛翔鏡による高周波電磁波の制御方法の提案を行った。波束崩壊の閾値は局所的なプラズマ密度に依存する。反射電磁波の圧縮、チャープ、周波数上昇が粒子シミュレーションにより確認された。プラズマ密度分布を適切に調節することで、反射光の特性を制御できることを明らかにした。

論文

On extreme field limits in high power laser matter interactions; Radiation dominant regimes in high intensity electromagnetic wave interaction with electrons

Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; Koga, J. K.; 中村 龍史; Bulanov, S. S.*; Zhidkov, A.*; 加藤 義章; Korn, G.*

High-Power, High-Energy, and High-Intensity Laser Technology; and Research Using Extreme Light: Entering New Frontiers with Petawatt-Class Lasers (Proceedings of SPIE, Vol.8780), p.878015_1 - 878015_15, 2013/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:1.94

We discuss the key important regimes of electromagnetic field interaction with charged particles. The main attention is paid to nonlinear Thomson/Compton scattering regime with the radiation friction and quantum electrodynamics effects taking into account. This process opens a channel of high efficiency electromagnetic energy conversion into the hard electromagnetic radiation in the form of ultra short high power $$gamma$$ ray flashes.

論文

On the breaking of a plasma wave in a thermal plasma, 1; The Structure of the density singularity

Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; Koga, J. K.; Pirozhkov, A. S.; 中村 龍史; Bulanov, S. S.*; Schroeder, C. B.*; Esarey, E.*; Califano, F.*; et al.

Physics of Plasmas, 19(11), p.113102_1 - 113102_14, 2012/11

 被引用回数:11 パーセンタイル:41.72(Physics, Fluids & Plasmas)

The structure of the singularity that is formed in a relativistically large amplitude plasma wave close to the wave breaking limit is found by using a simple waterbag electron distribution function. The electron density distribution in the breaking wave has a typical "peakon" form. The maximum value of the electric field in a thermal breaking plasma is obtained and compared to the cold plasma limit. The results of computer simulations for different initial electron distribution functions are in agreement with the theoretical conclusions.

論文

On the breaking of a plasma wave in a thermal plasma, 2; Electromagnetic wave interaction with the breaking plasma wave

Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; Koga, J. K.; Pirozhkov, A. S.; 中村 龍史; Bulanov, S. S.*; Schroeder, C. B.*; Esarey, E.*; Califano, F.*; et al.

Physics of Plasmas, 19(11), p.113103_1 - 113103_7, 2012/11

 被引用回数:8 パーセンタイル:53.69(Physics, Fluids & Plasmas)

The structure of the density singularity formed in a relativistically large amplitude plasma wave close to the wave breaking limit leads to a refraction coefficient which has a coordinate dependence with discontinuous derivatives. This results in a non-exponentially small above-barrier reflection of an electromagnetic wave interacting with the nonlinear plasma wave.

論文

X-ray emission from relativistically moving electron density cusps

神門 正城; Pirozhkov, A. S.; 中村 龍史; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; 川瀬 啓悟*; Esirkepov, T. Z.; 福田 祐仁; 桐山 博光; 岡田 大; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.159 - 166, 2012/07

 パーセンタイル:100

We report on novel method to generate ultra-short coherent X-rays using a laser-plasma interaction. Nonlinear interaction of intense laser pulses with plasma creates stable, specific structures such as electron cusps. For example wake waves excited in an underdense plasma by the laser become dense and propagate along with the laser pulse (Flying Mirror). The flying mirror can reflect a counter-propagating laser pulse and directly convert it into high-frequency radiation and compress the pulse. We have conducted experimental results using 9 TW laser with a He gas target. We observed 10$$^{10}$$ photons in the extreme ultra-violet region (12.8-22.0 nm).

論文

High-power $$gamma$$-ray flash generation in ultraintense laser-plasma interactions

中村 龍史; Koga, J. K.; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; Korn, G.*; Bulanov, S. V.

Physical Review Letters, 108(19), p.195001_1 - 195001_5, 2012/05

 被引用回数:105 パーセンタイル:2.65(Physics, Multidisciplinary)

レーザー強度が放射反作用が支配的となる領域に入ると、放射反作用を介したエネルギーロスは高出力$$gamma$$線フラッシュを発生する新しい機構と考えることができる。発生する$$gamma$$線のパルス長や発散角はレーザー強度とターゲットのスケール長により決定される。放射反作用を考慮した理論解析と粒子シミュレーション解析により、固体密度プラズマからの$$gamma$$線フラッシュの発生に対する最適な条件を明らかにした。

論文

Laser technologies and the combined applications toward vacuum physics

神門 正城; 中村 龍史; Pirozhkov, A. S.; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; Bulanov, S. V.

Progress of Theoretical Physics Supplement, (193), p.236 - 242, 2012/05

Recent progress of the high peak power laser technology allows us to explore the possibility to apply such lasers for fundamental physics. We focus on topics of high energy electron acceleration for colliders, an straw-man proposal to test the Lorentz invariance at ultra-high energy, and a novel technique to enhance focused laser intensity by flying mirrors. We review the experimental results of laser wakefield acceleration (LWFA) and the possibility to apply LWFA for TeV linear colliders. One of the key issues is the lack of driving laser technology to fulfill the requirement in terms of luminosity. If we seek another application taking the advantage of LWFA to reach ultra-high energy, we can propose a test of $$gamma$$-ray's velocity dependence on its energy as expected in some of quantum gravity theories. Finally we give the review of flying mirror schemes, which may boost the laser focused intensity.

論文

磁気渦イオン加速

中村 龍史

プラズマ・核融合学会誌, 88(1), p.18 - 20, 2012/01

臨界密度プラズマと高強度レーザーとの相互作用により誘起される磁気双極子渦を利用した磁気渦イオン加速の理論モデルについて解説する。非一様密度プラズマ中での磁気双極子渦の運動とイオン加速の関係について説明し、最大イオンエネルギーのスケーリングを導出する。提案された理論モデルから、医療応用に求められる200MeV陽子の発生が100TW程度の出力で可能であることが示唆された。

論文

Efficient generation of Xe K-shell X rays by high-contrast interaction with submicrometer clusters

林 由紀雄; Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; 福田 祐仁; Faenov, A.*; 川瀬 啓悟*; Pikuz, T.*; 中村 龍史; 桐山 博光; 岡田 大; et al.

Optics Letters, 36(9), p.1614 - 1616, 2011/05

 被引用回数:21 パーセンタイル:21.38(Optics)

3.4MPaのガスノズル圧力のもとで生成させたXeクラスターに25TWレーザーを1$$times$$10$$^{19}$$W/cm$$^2$$の強度で集光照射し、生成する放射線について計測を行った。その結果、この実験条件でXe K殻に由来する約30keVのX線生成をX線CCDで明瞭に観測することに成功した。さらにレーザーエネルギーは一定のままレーザー・パルス幅のXe K殻生成量依存性を調べた。その結果40fsのパルス幅の方が、300fsのパルス幅の時に較べてXe K殻生成量は高くなることが明らかになった。

論文

Ion acceleration in subcritical density plasma via interaction of intense laser pulse with cluster-gas target

福田 祐仁; Faenov, A.*; 反保 元伸; Pikuz, T.*; 中村 龍史; 神門 正城; 林 由紀雄; 余語 覚文; 榊 泰直; 亀島 敬*; et al.

Progress in Ultrafast Intense Laser Science VII, p.225 - 240, 2011/05

本研究では、サブ臨界密度プラズマを生成させるために、世界に先駆けて、クラスターを含むガス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10$$sim$$20MeV/n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。クラスターターゲットは、連続供給が可能であるうえに、この手法により生成したイオンの発散角は、従来手法よりも小さく、医療利用へ向けたビーム伝送・照射系の設計にも適していることが明らかとなった。

論文

FIREX project and effects of self-generated electric and magnetic fields on electron-driven fast ignition

三間 圀興*; 砂原 淳*; 白神 宏之*; 西村 博明*; 疇地 宏*; 中村 龍史; 城崎 知至*; 長友 英夫*; Garcia, C.*; Veralde, P.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 52(12), p.124047_1 - 124047_6, 2010/12

 被引用回数:8 パーセンタイル:60.24(Physics, Fluids & Plasmas)

高速点火核融合は少ないレーザーエネルギーで核融合反応を実現できると期待されている。大阪大学では10kJ, 10psの点火用レーザー(LFEX)を建設中である。現在までに、全4本のビームのうち1本のビームを完成させ統合実験を進めており、幾つか新しい課題が明らかとなってきた。特に、プリパルスによる膨張プラズマの形成により、点火用レーザーのエネルギーが効果的に電子へ変換されていないことが示唆されている。本論文では、プリプラズマの制御を目的としたターゲットのコーティング、また、ダブルコーン形状の採用による電子運動の制御について提案を行った。

論文

Interaction of high contrast laser pulse with foam-attached target

中村 龍史; 反保 元伸; 兒玉 了祐*; Bulanov, S. V.; 神門 正城

Physics of Plasmas, 17(11), p.113107_1 - 113107_6, 2010/11

 被引用回数:32 パーセンタイル:15.2(Physics, Fluids & Plasmas)

レーザーからプラズマへのエネルギー変換効率の増加を目的に、高コントラストレーザーとフォームターゲットとの相互作用の解明を粒子シミュレーションコードを用いて行った。レーザーと物質との相互作用領域には、プレパルスにより生成される膨張プラズマが存在する。この相互作用領域のプラズマ密度分布を制御するために、密度が固体密度に比べ2$$sim$$3桁程度低いフォームターゲットを利用することを提案する。フォームによるプラズマ密度分布の制御には、同時に高コントラストレーザーを使う必要がある。このため、レーザー・フォーム相互作用においてはメインパルスによるターゲットのイオン化プロセスが重要な過程となる。シミュレーションの結果、イオン化によりイオン密度の周期構造が現れることが明らかとなった。また、フォームターゲットを体積加熱する結果、高エネルギー電子の発生量が増大し、エネルギー変換効率が大幅に増加することがわかった。フォームターゲットのパラメターを適切に選ぶことで、レーザー加速イオンのエネルギーの増大が可能であることを示した。

論文

High-energy ions from near-critical density plasmas via magnetic vortex acceleration

中村 龍史; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城

Physical Review Letters, 105(13), p.135002_1 - 135002_4, 2010/09

 被引用回数:77 パーセンタイル:5.88(Physics, Multidisciplinary)

超高強度レーザーが臨界密度近傍プラズマ中を伝播することで、磁気双極子渦構造が形成される。それが負の密度勾配を持つプラズマ中を運動する場合、前方及び側方に膨張する。この時、磁気圧により電子及びイオンが圧縮され、磁気渦の軸上にイオンの高密度領域(イオン面)が形成される。質量の小さな電子は磁気渦により駆動されイオン面より前方にも分布するため、イオン面前面には強い静電界が誘起される。この電界は磁気渦とともに前方に動き、その前方(上流側)にあるイオンは反射される。この結果、イオンは電場の速度の二倍程度まで加速される。この磁気渦加速のエネルギースケーリングを導出し、粒子シミュレーションにより検証した。

論文

Tomography of an ultrafast laser driven proton source

Ter-Avetisyan, S.*; Schn$"u$rer, M.*; Nickles, P. V.*; Sandner, W.*; Borghesi, M.*; 中村 龍史; 三間 圀興*

Physics of Plasmas, 17(6), p.063101_1 - 063101_6, 2010/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:73.66(Physics, Fluids & Plasmas)

多重チャネルトムソンスペクトロメーターを用いてレーザーにより加速されたプロトンの放射特性の解析を行った。この結果、レーザーにより加速されたプロトンビームは高エネルギー成分はよく知られているように、仮想アノードから放出されたラミナー流のように振る舞うが、低エネルギー成分は次第に集束する傾向があることがわかった。プロトンの放出角はエネルギー及びターゲット面での位置に依存することを示し、その関係を明らかにした。この結果、プロトンの運動量分布をその発生点を決められることで変えることが可能であることがわかった。

論文

Ionization dynamics of cluster targets irradiated by X-ray free-electron-laser light

中村 龍史; 福田 祐仁; 岸本 泰明*

Physical Review A, 80(5), p.053202_1 - 053202_6, 2009/11

 被引用回数:13 パーセンタイル:38.94(Optics)

X線自由電子レーザー(XFEL)とクラスターターゲットとの相互作用について3次元粒子シミュレーションを用いて解析を行った。内殻励起イオン化,オージェーイオン化,衝突イオン化及び電界イオン化に加えて、プラズマダイナミクスを考慮することでターゲットのイオン化ダイナミクスの詳細について考察した。XFEL強度が$$sim10^{21}$$photons/pulse/mm$$^2$$をこえると、電界イオン化によりターゲットが短時間にイオン化される。ターゲットのイオン化を定量的に評価することで、ターゲット損傷を抑えイメージングを可能にするためのXFEL強度を明らかにした。

論文

High energy negative ion generation by Coulomb implosion mechanism

中村 龍史; 福田 祐仁; 余語 覚文; 反保 元伸; 神門 正城; 林 由紀雄; 亀島 敬*; Pirozhkov, A. S.; Esirkepov, T. Z.; Pikuz, T. A.*; et al.

Physics of Plasmas, 16(11), p.113106_1 - 113106_8, 2009/11

 被引用回数:13 パーセンタイル:44.53(Physics, Fluids & Plasmas)

クーロン爆縮による高エネルギー負イオン発生について研究を行った。クラスターターゲットやガスプラズマターゲットに高強度レーザーを照射した場合、クーロン爆発により正イオンが高エネルギーまで加速される。同じ電界により負イオンは反対方向に加速され、その結果正イオンの最大エネルギーの数分の一程度まで加速される。本論文では、負イオンの加速を説明するクーロン理論モデルの詳細とそれに関する粒子シミュレーションの結果を示す。またわれわれの研究所で行われた高エネルギー負イオン加速の実験結果についても示す。

論文

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

福田 祐仁; Faenov, A. Y.; 反保 元伸; Pikuz, T. A.*; 中村 龍史; 神門 正城; 林 由紀雄; 余語 覚文; 榊 泰直; 亀島 敬*; et al.

Physical Review Letters, 103(16), p.165002_1 - 165002_4, 2009/10

 被引用回数:123 パーセンタイル:3(Physics, Multidisciplinary)

小型極短パルスレーザーとクラスターターゲットを用いた新しいイオン加速手法を提案する。この手法では、従来手法よりも小さな発散角(3.4$$^{circ}$$)で、イオンの加速エネルギー10$$sim$$20MeV/uを達成した。この加速エネルギーは、固体ターゲットを用いた従来手法の約10倍増に相当する。粒子コードによるシミュレーションにより、クラスターターゲット裏面の臨界密度プラズマ中で成長する強力な電磁場構造が、高エネルギーイオン発生に重要な役割を果たしていることが示唆されている。

論文

Submicron ionography of nanostructures using a femtosecond- laser-driven-cluster-based source

Faenov, A. Y.; Pikuz, T. A.*; 福田 祐仁; 神門 正城; 小瀧 秀行; 本間 隆之; 川瀬 啓悟; 亀島 敬*; Pirozhkov, A. S.; 余語 覚文; et al.

Applied Physics Letters, 95(10), p.101107_1 - 101107_3, 2009/09

 被引用回数:22 パーセンタイル:28.6(Physics, Applied)

An intense isotropic source of multicharged carbon and oxygen ions with energy above 300 keV and high quantity per shot was obtained by femtosecond Ti:Sa laser irradiation of clusters, produced by expansion of the mixed He and CO$$_{2}$$ gases in a supersonic nozzle. The source was employed for high contrast ionography images with 600 nm spatial resolution. A difference in object thickness of 100 nm was well resolved for both Zr and polymer foils.

論文

Coulomb implosion mechanism of negative ion acceleration in laser plasmas

中村 龍史; 福田 祐仁; 余語 覚文; 反保 元伸; 神門 正城; 林 由紀雄; 亀島 敬*; Pirozhkov, A. S.; Esirkepov, T. Z.; Pikuz, T. A.*; et al.

Physics Letters A, 373(30), p.2584 - 2587, 2009/07

 被引用回数:15 パーセンタイル:30.11(Physics, Multidisciplinary)

レーザープラズマによる負イオン加速を説明するクーロン爆縮モデルを提案する。超高強度レーザーをクラスターターゲットに照射すると、クーロン爆発により正イオンが外向きに加速され、同時に、負イオンが内向きへ加速される。負イオンの最大エネルギーは正イオンの数分の一程度である。われわれはこのクーロン爆縮による負イオン加速の理論モデルを提案し、粒子シミュレーションにより確認した。またこれらモデルを支持する、超高強度レーザーのクラスター照射による負イオン加速の実験結果も示す。

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