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論文

Complementary characterization of radioactivity produced by repetitive laser-driven proton beam using shot-to-shot proton spectral measurement and direct activation measurement

小倉 浩一; 静間 俊行; 早川 岳人; 余語 覚文; 西内 満美子; 織茂 聡; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 桐山 博光; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 51(4), p.048003_1 - 048003_2, 2012/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:89.12(Physics, Applied)

繰り返し動作(1Hz)可能な高強度レーザーを用いて高エネルギーのプロトンを発生した。そのプロトンをリチウムターゲットに照射し、$$^{7}$$Li(p,n)$$^{7}$$Be反応を起こした。反応によって生成した$$^{7}$$BeをGe半導体検出器を用いて測定した。その結果、1.7$$pm$$0.2Bqが生成したことがわかった。一方、生成したプロトンのスペクトルを飛行時間法を用いて測定し、放射化断面積を用いて放射化量を評価した。その結果、1.6$$pm$$0.3Bqが得られた。誤差範囲で一致した。そこで、われわれは、レーザー駆動粒子線を用いて放射化反応を起こさせる場合、反応量を飛行時間法でレーザーショットごとにモニターする方法を提案する。

論文

A Novel technique for monitoring the reproducibility of laser tape-target interactions using an X-ray pinhole camera

小倉 浩一; 福見 敦*; Li, Z.*; 織茂 聡; 匂坂 明人; 西内 満美子; 加道 雅孝; 森 道昭; 余語 覚文; 林 由紀雄; et al.

Journal of the Vacuum Society of Japan, 52(10), p.570 - 574, 2009/10

高強度レーザーで生成される相対論的プラズマを正確に制御するためには、レーザープラズマ生成用ターゲットの位置を正確に制御する必要がある。このためには集光されるレーザー光のレーリー長より小さな精度でレーザーショットごとにプラズマの発生する位置をモニターする必要がある。ここでは、X線ピンホールカメラを用いてレーリー長より十分小さい約20ミクロンの精度でプラズマの位置を観測できる技術を開発した。

論文

精密に時間制御された高強度レーザーによるイオン加速

余語 覚文; 大道 博行; 森 道昭; 桐山 博光; Bulanov, S. V.; Bolton, P.; Esirkepov, T. Z.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 織茂 聡; et al.

レーザー研究, 37(6), p.449 - 454, 2009/06

パルス時間波形の高度に制御された1Hz繰返し運転可能なレーザーを用いて、密度の制御されたターゲットからの陽子線加速機構を検証した。実験の結果、高コントラストのレーザーを用いた、固体密度ターゲットを用いた陽子線加速では、エネルギーの安定した陽子線を再現性よく発生させることが可能となった。一方、臨界密度近傍に制御されたターゲットでは、ビームの高エネルギー成分が低エネルギー成分とは異なる方向に加速される結果を得た。計算機シミュレーションの結果、ターゲット裏面の磁場が陽子線加速電場を傾かせる効果をもつことが明らかになった。これをさらに発展させて、ターゲットの密度分布を高度に制御すれば、ビーム方向をエネルギーに応じてコントロールすることが可能になると考えられる。高強度レーザーの時間・空間制御技術の発展は、レーザー駆動粒子線の利用研究において、今後さらに重要な役割を担うことになるものと結論する。

論文

Proton-induced nuclear reactions using compact high-contrast high-intensity laser

小倉 浩一; 静間 俊行; 早川 岳人; 余語 覚文; 西内 満美子; 織茂 聡; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 桐山 博光; et al.

Applied Physics Express, 2(6), p.066001_1 - 066001_3, 2009/05

 被引用回数:14 パーセンタイル:45.89(Physics, Applied)

強度10$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$のレーザー光(10Hz,小型高コントラスト高強度レーザー)をポリイミドテープ(7.5$$mu$$m)に集光することによって最大3.5MeVのプロトンを生成した。このプロトンで$$^{11}$$B(p,n)$$^{11}$$C反応を起こした。その結果、60ショットで11.1Bqの放射能を得た。薄層放射化への応用の可能性について議論した。

論文

New method to measure the rise time of a fast pulse slicer for laser ion acceleration research

森 道昭; 余語 覚文; 桐山 博光; 西内 満美子; 小倉 浩一; 織茂 聡; Ma, J.*; 匂坂 明人; 金沢 修平; 近藤 修司; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 36(4), p.1872 - 1877, 2008/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:67.69(Physics, Fluids & Plasmas)

本グループでは、京都大学・電力中央研究所・GIST等と共同でレーザー駆動プロトンビームの利用に向け、レーザー・ターゲット双方からエネルギー/変換効率/Emittanceの最適化に関する研究を進めている。本論文はその研究の過程において開発したレーザー駆動高エネルギープロトンビーム発生におけるチャープパルスを用いた高速パルススライサー装置の新たな性能評価法と、その後に行ったイオン加速実験に関する結果をまとめたものである。この研究開発によって、新手法の有意性を明らかにするとともに、プレパルスの抑制により最大2.3MeVのプロトンビームの発生を実証しプレパルスがプロトンビームの高エネルギー化に重要な役割を果たすことを明らかにした。

論文

Laser ion acceleration via control of the near-critical density target

余語 覚文; 大道 博行; Bulanov, S. V.; 根本 孝七*; 大石 祐嗣*; 名雪 琢弥*; 藤井 隆*; 小倉 浩一; 織茂 聡; 匂坂 明人; et al.

Physical Review E, 77(1), p.016401_1 - 016401_6, 2008/01

 被引用回数:95 パーセンタイル:2.33(Physics, Fluids & Plasmas)

集光強度$$10^{13}$$W/cm$$^2$$のレーザー自発光(ASE)を厚さ7.5$$mu$$mのポリイミド薄膜に照射し臨界密度近傍に制御することで、$$p$$偏光, 45fs, $$10^{19}$$W/cm$$^2$$の高強度レーザーを用いて最大エネルギー3.8MeVのプロトン加速に成功した。プロトンビームの方向はターゲット垂直方向からレーザー進行方向(45$$^{circ}$$)へシフトしていることが明らかになった。PICシミュレーションの結果、ターゲット裏面に生じる強力な磁場が加速電場を保持し、プロトンが効率的に加速されることが明らかになった。

論文

Laser-driven proton acceleration from a near-critical density target

余語 覚文; 大道 博行; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 根本 孝七*; 大石 祐嗣*; 名雪 琢弥*; 藤井 隆*; 小倉 浩一; 織茂 聡; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 112, p.042034_1 - 042034_4, 2008/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:40.38

集光強度10$$^{19}$$-W/cm$$^2$$の高強度レーザーを、厚さ7.5$$mu$$mの絶縁体(ポリイミド)薄膜に照射し、最大エネルギー3.8MeVのプロトン発生に成功したので報告する。なお、高強度レーザーのエネルギーは0.8J、パルス幅は45fs、メインパルスに伴うASEプリパルスのコントラスト比は10$$^5$$であった。発生したプロトンの測定には、独自に開発した飛行時間(TOF)エネルギー分析装置によるオンライン分析が行われた。2台のTOF分析器を用いることで、プロトンエネルギースペクトルの発生方向依存性の評価を行い、その結果、プロトンの高エネルギー成分は、レーザー進行方向へシフトしており、レーザー集光条件に強く依存することが明らかになった。講演ではこのプロトン発生機構についても議論する。

論文

Protons and electrons generated from a 5-$$mu$$m thick copper tape target irradiated by s-, circularly-, and p-polarized 55-fs laser pulses

Li, Z.*; 大道 博行; 福見 敦*; Bulanov, S. V.; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 余語 覚文; 西内 満美子; 織茂 聡; 森 道昭; et al.

Physics Letters A, 369(5-6), p.483 - 487, 2007/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:49.69(Physics, Multidisciplinary)

レーザー強度8-9$$times$$10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$のp-, s-、と円偏光照射による厚さ5-$$mu$$m銅テープターゲットから垂直方向に発生する陽子と電子の角度分布とエネルギースペクトルを測定した。陽子の最大エネルギーは1.34MeVでターゲット背面垂直方向に、高エネルギー電子はレーザー伝搬の反射方向に観測された。円偏光照射による陽子と電子発生の性質はp偏光照射のときと同じ傾向で、レーザー強度2-3$$times$$10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$照射の場合とは大きく異なっている。

論文

Characterization of an intense laser-produced preformed plasma for proton generation

匂坂 明人; 大道 博行; 小倉 浩一; 織茂 聡; 林 由紀雄; 森 道昭; 西内 満美子; 余語 覚文; 加道 雅孝; 福見 敦*; et al.

Journal of the Korean Physical Society, 51(1), p.442 - 446, 2007/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.52(Physics, Multidisciplinary)

原子力機構で進めている高出力レーザーを用いた電子,イオンの発生研究を中心にレーザー駆動加速器の現状をレビューする。またその現状を踏まえた今後の利用研究の展望について報告する。

論文

Laser prepulse dependency of proton-energy distributions in ultraintense laser-foil interactions with an online time-of-flight technique

余語 覚文; 大道 博行; 福見 敦*; Li, Z.*; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 中村 衆*; 岩下 芳久*; 白井 敏之*; et al.

Physics of Plasmas, 14(4), p.043104_1 - 043104_6, 2007/04

 被引用回数:57 パーセンタイル:9.56(Physics, Fluids & Plasmas)

集光強度$$sim 10^{18}$$W/cm$$^2$$の短パルスレーザーを厚さ5$$mu$$mの銅薄膜に照射することで発生する高速プロトンのエネルギー分布を、新規に開発したオンライン飛行時間分析器を用いて行った。レーザー主パルスの9ns前に入射するfs-時間幅のプリパルスの強度が10$$^{14}$$から10$$^{15}$$W/cm$$^2$$へ上昇するとともに、高速プロトンの最大エネルギーが増加する実験結果が得られた。二波長干渉計測定から、プリパルスによって薄膜の表面に生じるプラズマ膨張のスケール長は15$$mu$$m以下であった。このような密度勾配の急峻なプラズマの発生は、その後に入射する主パルスの吸収効率を高める効果があり、これがプロトンのエネルギーを上昇させると考えられる。

論文

Focusing quality of a split short laser pulse

小瀧 秀行; 大石 祐嗣*; 名雪 琢弥*; 藤井 隆*; 根本 孝七*; 中島 一久

Review of Scientific Instruments, 78(3), p.036102_1 - 036102_3, 2007/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

超短パルスレーザー光を複数に分割して行う実験のためには、パルス幅を変化させることなくパルスを分ける必要がある。超短パルスレーザーの場合、ビームスプリッター(BS)として、厚い物質を使用することはできないため、薄膜であるペリクルや穴あきミラーがBSとして考えられる。これらを用いた場合のレーザーの集光特性を調べることにより、BSとして使用方法について検討した。どちらの場合も、透過光に関しては元のパルスと変化がない。しかし、反射光に関しては留意が必要である。ペリクルの場合の集光特性は、一般のミラーによる反射光とほぼ同じであるが、振動に弱い。そのため、振動源と切り離す必要がある。穴あきミラーの場合、振動に強いが、反射光はドーナツ型であり、その形状による干渉が起こる。このドーナツの外形Dと内径D'が、D/2$$leq$$D'のときは、ほとんど集光できない。これらの結果より、分離するレーザーパルスの径が元のレーザーの径の半分以下の場合には穴あきミラーの使用が可能である。しかし、両方のレーザーパルスの径がほぼ同じ場合にはペリクルを使用し、振動源とペリクルBSとを切り離すことが必要である。

論文

Development of laser driven proton sources and their applications

大道 博行; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; 森 道昭; Ma, J.-L.; Pirozhkov, A. S.; 桐山 博光; 金沢 修平; et al.

Proceedings of 7th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR 2007) (CD-ROM), p.77 - 79, 2007/00

10の$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$以上に集中させた高強度レーザーを用いて、陽子加速器を開発している。プラズマパラメータと陽子エネルギー範囲を、レーザー照射ごとにリアルタイム検出器を用いてモニターした。実用可能なMeV級の陽子エネルギーを安定して得ることに成功した。

論文

Intense femto-second laser-driven X-ray source coupled with multiple directional quantum beams for applications

大道 博行; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; 余語 覚文; 森 道昭; Li, Z.*; 桐山 博光; 金沢 修平; et al.

X-Ray Lasers 2006; Springer Proceedings in Physics, Vol.115, p.595 - 605, 2007/00

現在、関西光科学研究所に設置されている超短パルス高強度レーザーを用いた量子ビーム発生実験を行っている。すなわちレーザーを厚さ数ミクロンの薄膜に照射することにより、プロトン,X線,テラヘルツ波,電子線が発生する。これらは時間同期がきちんととれており、時間幅も1ピコ秒以下であり、するどい指向性を有し輝度も高い。これらを組合せることにより、極めて新しいポンプ-プローブ計測等が可能になると考えられる。これら研究の現状と今後の方向について報告する。

論文

Characterization of preformed plasmas using a multi-dimensional hydrodynamic simulation code in the study of high-intensity laser-plasma interactions

匂坂 明人; 内海 隆行*; 大道 博行; 小倉 浩一; 織茂 聡; 高井 満美子; 林 由紀雄; 森 道昭; 余語 覚文; 加道 雅孝; et al.

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1281 - 1284, 2006/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

高強度レーザーと物質との相互作用により、高エネルギー粒子(イオン,電子)やX線が生成される。ここで発生した高エネルギー粒子等は、さまざまな応用が提案されテーブルトップの放射線源として注目されている。このような高強度レーザーと物質との相互作用の物理過程を調べるうえで、レーザーのプリパルスによって生成されるプリプラズマを評価しておく必要がある。本研究では、高強度レーザーを金属ターゲットに照射した時のプラズマ密度プロファイルを干渉計測により測定し、測定結果を多次元流体シミュレーションコードによる計算と比較した。実験は、チタンサファイアレーザー(中心波長800nm,パルス幅50fs)を集光用のポンプ光と計測用のプローブ光に分け、ポンプ光をアルミターゲットに照射し、発生するプリプラズマをプローブ光の干渉計測によって測定した。ポンプ光の集光強度は$$sim$$5$$times$$10$$^{16}$$W/cm$$^{2}$$であり、干渉縞はバイプリズムを用いてレーザービームの波面を傾けることによって生成した。ポンプ光とプローブ光の時間差を調整することにより、メインパルスの約10ps前からプリプラズマの測定を行った。測定結果を多次元流体シミュレーションコードによる計算と比較し、プリパルスとの関連性を調べた。

論文

Development of a two-color interferometer for observing wide range electron density profiles with a femtosecond time resolution

匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 大道 博行; 福見 敦*; Li, Z.*; 小倉 浩一; 余語 覚文; 大石 祐嗣*; 名雪 琢弥*; 藤井 隆*; et al.

Applied Physics B, 84(3), p.415 - 419, 2006/09

 被引用回数:20 パーセンタイル:32.26(Optics)

高強度レーザーと薄膜との相互作用により生成される高エネルギーのX線,イオン,電子は、テーブルトップの放射線源として注目されさまざまな応用が提案されている。ここでレーザーと薄膜との相互作用の物理過程を調べるうえで、レーザーのプリパルスによって生成されるプリフォームドプラズマを評価しておく必要がある。本研究では、高強度レーザーを金属ターゲットに照射した際のプリフォームドプラズマを測定するため、2波長干渉計の開発を行った。実験は、電力中央研究所設置のチタンサファイアレーザー(中心波長800nm,パルス幅65fs)を集光用のポンプ光と計測用のプローブ光に分け、ポンプ光を銅テープターゲットに照射し、発生するプリフォームドプラズマをプローブ光の干渉計測によって測定した。ポンプ光の集光強度は$$sim$$2$$times$$10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$であり、プローブ光は、基本波(800nm)と2倍高調波(400nm)の2波長を用いて計測を行った。二つの波長によって得られた電子密度分布を組合せることにより、これまでの単一波長による計測よりも広い密度領域の計測に成功した。この計測法は、メインパルスと薄膜との相互作用の解明に有用な方法である。

論文

Enhancement of high energy proton yield with a polystyrene-coated metal target driven by a high-intensity femtosecond laser

余語 覚文; 西内 満美子; 福見 敦*; Li, Z.*; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 織茂 聡; 加道 雅孝; 林 由紀雄; 森 道昭; et al.

Applied Physics B, 83(4), p.487 - 489, 2006/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:55.4(Optics)

厚さ3ミクロンのタンタル薄膜上に厚さ133ナノメートルのポリスチレンを被覆したターゲットに対して、パルス幅70フェムト秒,集光強度$$2.7times10^{18}$$W/cm$$^{2}$$のレーザーを照射し、最大エネルギーで950keVのプロトンを得た結果を報告する。薄膜裏面からのプロトンと高速電子のエネルギー分布が同時に測定された。得られたプロトンの収量はタンタルのみの薄膜の10倍であった。タンタルのみの薄膜上の表面不純物層を10ナノメートルと仮定すれば、収量における10倍の上昇は、ポリスチレン層による水素原子の増加とほぼ比例する結果である。これはポリスチレン層がプロトン収量の増加に寄与した事実を示している。

論文

Characterization of a laser-driven proton beam

匂坂 明人; 大道 博行; 福見 敦*; 高井 満美子; 余語 覚文; Li, Z.*; 小倉 浩一; 織茂 聡; 林 由紀雄; 森 道昭; et al.

Proceedings of RCNP-JAEA Workshop on Nuclear Photon Science "Hadron-nuclear physics probed by photon", p.195 - 200, 2006/00

高エネルギーのイオン, 電子, X線などが超短パルス高強度レーザーと物質との相互作用により発生する。高強度チタンサファイアレーザーを用いて、レーザー強度$$sim$$2.7$$times$$10$$^{18}$$ W/cm$$^{2}$$で薄膜ターゲットに照射し、高エネルギー陽子を測定した。その結果、陽子の最大エネルギーとして$$sim$$900keVが得られた。

論文

Laser polarization dependence of proton emission from a thin foil target irradiated by a 70 fs, intense laser pulse

福見 敦*; 高井 満美子; 大道 博行; Li, Z.*; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 織茂 聡; 加道 雅孝; 林 由紀雄; 森 道昭; et al.

Physics of Plasmas, 12(10), p.100701_1 - 100701_4, 2005/10

 被引用回数:42 パーセンタイル:18.39(Physics, Fluids & Plasmas)

p, s, 円偏光レーザーパルスを3$$mu$$m厚のタンタルターゲットに照射し、生成されるプロトンの依存性を計測した。いずれの偏光条件でもプロトンは薄膜ターゲットのターゲットノーマル方向のみに観測された。プロトンの最大エネルギーはp, s, 円偏光でそれぞれ880keV, 610keV, 660keVとなり、p偏光時にエネルギー,収量が最大となった。p偏光とs偏光の違いを、同時に測定した電子スペクトルの結果と比較し議論した。

論文

Quasi-monoenergetic electron beam generation during laser pulse interaction with very low density plasmas

山崎 淳; 小瀧 秀行; 大東 出; 神門 正城; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 近藤 修司; 金沢 修平; 本間 隆之*; 中島 一久; et al.

Physics of Plasmas, 12(9), p.093101_1 - 093101_5, 2005/09

 被引用回数:69 パーセンタイル:8.77(Physics, Fluids & Plasmas)

レーザープラズマ相互作用による単色エネルギー電子ビーム発生が世界中で研究されており、最近、幾つかの実験データーが出始めているが、発生機構についてはわかっておらず、安定な電子ビーム発生はできていない。われわれは、シングルレーザーパルスにおける単色エネルギー電子ビーム発生についての、理論的研究及び粒子シミュレーションによる研究,実験研究を行い、非常によく一致した。実験については、レーザーパワーが5.5TW,パルス幅70fs,中心波長800nmのチタンサファイアレーザーをガスジェット中に集光して行った。単色エネルギー電子ビームは、電子ビームが加速位相から減速位相に移るときに得られ、その位置で真空中に電子ビームを取り出してやれば、単色エネルギー電子ビーム発生が可能となる。電子ビームが加速位相から減速位相に移る距離はプラズマ密度によって決定されるため、プラズマ密度によって加速距離のコントロールが必要となる。この研究によって、1パルスでの単色エネルギー電子ビーム発生には電子ビームの加速距離とプラズマ密度のコントロールが必要であること見いだした。

口頭

超短パルス高強度レーザー照射金属薄膜からのプロトン発生

匂坂 明人; 余語 覚文; 大道 博行; 福見 敦*; Li, Z.*; 小倉 浩一; 高井 満美子; 織茂 聡; 林 由紀雄; 森 道昭; et al.

no journal, , 

超短パルス高強度レーザーと物質との相互作用により発生する高エネルギーのX線,イオン,電子は、テーブルトップの放射線源として注目されている。特に高エネルギーイオンについては、医療用としての小型加速器への利用が期待されている。レーザー励起の高エネルギーイオン発生を目的とし、プロトン発生の実験を行った。電力中央研究所設置のチタンサファイアレーザー(中心波長800nm,パルス幅55fs)を用いて、銅の薄膜ターゲットに照射した。集光強度は$$sim$$9$$times$$10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$であった。レーザー集光軸のターゲット位置に対するプロトン発生の最適化を行った。その結果、集光点よりも150$$mu$$mほどずれた位置でプロトンの最大エネルギーが$$sim$$1.5MeVに達した。得られた実験結果とその解析結果について報告する予定である。

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