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論文

Towards a novel laser-driven method of exotic nuclei extraction-acceleration for fundamental physics and technology

西内 満美子*; 榊 泰直*; Esirkepov, T. Zh.*; 西尾 勝久; Pikuz, T. A.*; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Orlandi, R.; Pirozhkov, A. S.*; 匂坂 明人*; et al.

Plasma Physics Reports, 42(4), p.327 - 337, 2016/04

 被引用回数:5 パーセンタイル:42.53(Physics, Fluids & Plasmas)

ペタワットレーザーと原子核物理学の技術を組み合わせることで、エキゾチック原子核の性質の測定を決定的に可能にする。数値シミュレーションとレーザー駆動実験により、我々は論文、西内等、Phys. Plasmas 22, 033107 (2015)で提案された「レーザー駆動エキゾチック核抽出-加速法」の展望について紹介する。この方法の特徴は、(1)フェムト秒ペタワットレーザーを、外部イオンビームによって破砕された原子核標的に照射し、(2)そして生成された短寿命の重エキゾチック原子核を数GeVの多価電荷としてまとめて一気に加速する、という画期的な方法である。

論文

Acceleration of highly charged GeV Fe ions from a low-Z substrate by intense femtosecond laser

西内 満美子; 榊 泰直; Esirkepov, T. Z.; 西尾 勝久; Pikuz, T.*; Faenov, A.*; Skobelev, I. Yu.*; Orlandi, R.; 佐甲 博之; Pirozhkov, A. S.; et al.

Physics of Plasmas, 22(3), p.033107_1 - 033107_8, 2015/03

 被引用回数:38 パーセンタイル:1.6(Physics, Fluids & Plasmas)

200TWの超高強度レーザーパルスをミクロンメートルのアルミの薄膜に鉄の不純物を混ぜたターゲットに照射することで、ほぼフルストリップに近い鉄のイオンが0.9GeVで加速された。低エミッタンスで、重いイオンのビームが高いQ/Mで得られることは、いろいろな分野への応用が考えられ、例えば、既存加速器技術との融合によってコンパクトなRIイオン源の開発が考えられる。

論文

Measurements of electron-induced neutrons as a tool for determination of electron temperature of fast electrons in the task of optimization laser-produced plasma ions acceleration

榊 泰直; 西内 満美子; 前田 祥太; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; Pikuz, T.; Faenov, A.*; 小倉 浩一; 深見 智代; 松川 兼也*; et al.

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02A705_1 - 02A705_4, 2014/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:81.48(Instruments & Instrumentation)

高強度レーザーとプラズマの相互作用によるイオン発生において、電子特性の計測は不可欠である。そのため、様々な計測手法が提案されているが、今回我々は、光核中性子反応による中性子を計測することで、精度よく電子特性の計測を行う新規性の高い手法を提案する。この手法は、イオン加速エネルギー計測と共にピークパワー1$$times$$10$$^{21}$$W/cm$$^{2}$$のJ-KARENレーザーによって実証された。イオン加速エネルギーと本手法による計測結果は極めて相関をもつことがわかり、改良を重ねて行けば非常に良い計測器になり得ることがわかった。

論文

CR-39を用いたレーザー駆動陽子線計測における光中性子起因エッチピットの弁別手法の開発

金崎 真聡; 福田 祐仁; 近藤 公伯; 小田 啓二*; 山内 知也*

レーザー研究, 42(2), p.168 - 173, 2014/02

水素を背景ガスとするクラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速実験では、高エネルギー陽子線の発生とともに、最大で200MeV程度の電子線が発生している。このような高エネルギー電子線は、制動放射によりエネルギーの高い光子を放出し、さらに光子は光核反応により中性子を放出する。イオン検出器として用いているCR-39は、中性子が入射した場合に内部の水素原子が反跳されることで間接的に陽子線と同等のエッチピットが形成される。すなわち発生する光中性子がイオン計測のノイズになるという問題が生じている。この問題を解決するため、入射角度に関連するエッチピット開口部形状、及び、入射エネルギーに関連するエッチピット開口径とグレースケール(開口部中心の濃淡)、を組み合わせた新たな解析手法を開発し、レーザーで加速された本来の陽子線由来のエッチピットと光中性子由来のエッチピットを弁別した。

論文

Generation of 50-MeV/u He ions in laser-driven ion acceleration with cluster-gas targets

福田 祐仁; 榊 泰直; 金崎 真聡; 余語 覚文; 神野 智史; 反保 元伸*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T. A.*; 林 由紀雄; 神門 正城; et al.

Proceedings of SPIE, Vol.8779 (Internet), p.87790F_1 - 87790F_7, 2013/05

 パーセンタイル:100

後方散乱を利用することで、CR-39の検出限界を超える高エネルギーイオンを検出可能な新しいイオンビーム診断法を開発したこの新しいビーム診断法と磁場型エネルギー分析装置とを組合せて、クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速実験に適用し、核子あたり50MeV/uにまで加速されたヘリウムイオンビーム生成を確認した。

論文

Identification of high energy ions using backscattered particles in laser-driven ion acceleration with cluster-gas targets

福田 祐仁; 榊 泰直; 金崎 真聡; 余語 覚文; 神野 智史; 反保 元伸; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.; 林 由紀雄; 神門 正城; et al.

Radiation Measurements, 50, p.92 - 96, 2013/03

 被引用回数:10 パーセンタイル:22.62(Nuclear Science & Technology)

プラスチック板上に設置した1枚のCR-39を用いて、CR-39の検出限界を超える高エネルギーイオンを検出可能な新しいイオンビーム診断法を開発した。サイクロトロン加速器で生成させた核子あたり25MeVのヘリウムイオンビームを用いて、このビーム診断法の原理検証実験を行った。その結果、CR-39の裏面に多数の楕円形のエッチピットが観測された。詳しい解析の結果、このエッチピットは、入射ヘリウムイオンがプラスチック板中で非弾性散乱して生成した重イオンによって形成されることが示唆された。この新しいビーム診断法を、クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速実験に適用し、核子あたり50MeVにまで加速されたイオンを同定した。

論文

A High energy component of the intense laser-accelerated proton beams detected by stacked CR-39

金崎 真聡; 服部 篤人; 榊 泰直; 福田 祐仁; 余語 覚文; 神野 智史; 西内 満美子; 小倉 浩一; 近藤 公伯; 小田 啓二*; et al.

Radiation Measurements, 50, p.46 - 49, 2013/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:39.84(Nuclear Science & Technology)

スタックしたCR-39飛跡検出器を用いてレーザー駆動陽子線の高精度計測を行った。8J, 40fsのチタンサファイヤレーザーをポリイミドフィルムに集光し、陽子線を発生させた。サンプルはラジオクロミックフィルムとCR-39のスタックを厚さ13$$mu$$mのアルミニウムフィルターで覆ったものを使用し、真空中で陽子線の照射を行った。エッチピットを確認することができた最も後方に位置するCR-39のエッチピットを解析することで、高エネルギー成分の陽子のエネルギーをこれまでよりも高精度に求めた。CR-39中の残余飛程は、多段階エッチング法によるエッチピットの成長曲線を利用して算出し、そこから、発生した陽子の最大エネルギーは14.39$$pm$$0.05MeVと求められた。この手法を用いれば、数十MeV級のレーザー駆動陽子線の最大エネルギーを10keVのオーダーまで高精度に求めることが可能である。

論文

A Diagnosis of intense ion beam by CR-39 detectors analyzing the back scattered particles

金崎 真聡; 山内 知也*; 福田 祐仁; 榊 泰直; 堀 利彦*; 反保 元伸; 倉島 俊; 神谷 富裕; 小田 啓二*; 近藤 公伯

AIP Conference Proceedings 1465, p.142 - 147, 2012/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:43.3

電子線やX線などが混在する複雑な放射線場において、イオンビーム診断は新しい分析手法を要請している。特に、ビームが高強度パルスとして生じる場合には適用可能な検出器は限られる。レーザー駆動粒子線加速はそのような典型例であり、CR-39固体飛跡検出器にはイオンのみを選択的に検出する能力がある。本研究では、適切な散乱体の上においたCR-39の裏面に形成されるエッチピットを用いて、CR-39の検出閾値を超える数十MeVの高エネルギーイオンビームの診断が可能であることを明らかにした。

論文

The Diagnosis method for high-energy ion beams using backscattered particles for laser-driven ion acceleration experiments

金崎 真聡; 福田 祐仁; 榊 泰直; 堀 利彦; 反保 元伸; 近藤 公伯; 倉島 俊; 神谷 富裕; 小田 啓二*; 山内 知也*

Japanese Journal of Applied Physics, 51(5), p.056401_1 - 056401_4, 2012/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:69.24(Physics, Applied)

プラスチック製プレートの上にマウントしたCR-39に100MeVのイオンビームを照射した。イオンビームのエネルギーは、CR-39の検出閾値を超える値であったが、CR-39の裏面に多数の楕円形のピットが観測された。詳細な解析の結果、これら楕円形のピットは、プラスチックプレートから後方散乱された粒子によって形成されたことが明らかになった。この手法は、レーザー駆動イオン加速実験のような混成場において、イオンビーム形状決定、及びCR-39の検出閾値を超えるエネルギー成分の測定を簡便に行うことが可能である。

論文

イオンビーム特性評価を目的とした固体飛跡検出器CR-39の利用

金崎 真聡; 福田 祐仁; 榊 泰直; 西内 満美子; 近藤 公伯; 倉島 俊; 神谷 富裕; 服部 篤人*; 小田 啓二*; 山内 知也*

プラズマ・核融合学会誌, 88(5), p.261 - 275, 2012/05

固体飛跡検出器として用いられているCR-39は、光学材料として開発されたプラスチック素材で、大気中のラドン濃度計測や、宇宙線計測,生物細胞照射実験などさまざまな分野に利用されている。レーザープラズマのような電子線やX線が混在する場においても、イオンのみを選択的に検出し、またその精度が非常に高いことから、混成場におけるイオン検出器として注目を集めている。CR-39には、イオンビーム特性(エネルギー同定,核種同定など)に関する情報を引き出すために、さまざまな検出法や解析手法が存在する。しかし、それら手法のほとんどは、プラズマ研究者に広く知られていないのが現状である。本講座では、ここ数年間の原子力機構と神戸大学大学院海事科学研究科の共同研究の成果を中心に、CR-39を用いたレーザー駆動イオンビームの特性評価に関する解説を行う。

論文

Quasi-monochromatic pencil beam of laser-driven protons generated using a conical cavity target holder

西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 榊 泰直; 小倉 浩一; Esirkepov, T. Z.; 谷本 壮; 金崎 真聡; 余語 覚文; 堀 利彦; 匂坂 明人; et al.

Physics of Plasmas, 19(3), p.030706_1 - 030706_4, 2012/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:63.68(Physics, Fluids & Plasmas)

2J 60fsのチタンサファイアレーザー光を、コニカル形状を持ったターゲットホルダに装着したターゲットに照射することによって、7MeVのコリメートされた陽子線($$10^6$$個/spot)を生成することに成功した。ターゲットホルダ上に陽子に前駆して発生する電子によって生成される電場が陽子線の軌道を変え、エネルギー選択をも行うと考えられる。

論文

クラスターターゲットを用いた革新的レーザー駆動イオン加速研究における固体飛跡検出器CR-39の利用

福田 祐仁; 反保 元伸; 榊 泰直; 近藤 公伯; 金崎 真聡; 山内 知也*

放射線, 37(3), p.169 - 172, 2011/10

レーザーイオン加速実験では、発生するイオンのエネルギーは核子あたり数$$sim$$数十MeV/nの広い範囲にショットごとにランダムに分布する。さらに、イオンのみならず、高エネルギー電子線,X線や$$gamma$$線、及び、これらに付随する電磁ノイズも発生する。したがって、イオンの最大エネルギー,イオン種,イオン個数を同定し、イオン発生の最適条件を探索するのは容易ではない。このような状況の中で、固体飛跡検出器CR-39は、レーザー駆動イオン加速のような複雑な混成場において、イオンのみを選択的に検出できるツールとして、「レーザー加速器」開発において、最も信頼できるイオン検出器となっている。本論文では、これまでに原子力機構関西光科学研究所で行ってきたレーザー駆動型のイオン加速実験とそこでのCR-39によるイオンビーム診断について解説する。

論文

PADC飛跡検出器を用いた後方散乱粒子による高強度イオンビーム特性簡易診断法

金崎 真聡; 山内 知也*; 福田 祐仁; 榊 泰直; 堀 利彦*; 反保 元伸; 近藤 公伯; 倉島 俊; 神谷 富裕

放射線, 37(3), p.127 - 132, 2011/10

PADC飛跡検出器を用いた後方散乱粒子による高強度高エネルギーイオンビーム診断法を開発した。PADC検出器では検出不可能な100MeVのHeイオンを適切な散乱体の上に置いたPADCフィルムに照射した。解析を行ったところ、PADCの散乱体に接している面に形成されたエッチピットが、後方散乱による粒子が形成したものであると確認された。レーザー駆動粒子線実験のような電子線やX線などが混在する複雑な放射線場における幅広いエネルギーレンジに対応したイオンビーム診断を後方散乱粒子を利用することで可能にした。

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

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

Radiator design for detecting high-energy neutrons with a nuclear track detector

小田 啓二*; 今坂 雄一*; 山内 知也*; 中根 佳弘; 遠藤 章; 俵 裕子*; 山口 恭弘

Radiation Measurements, 40(2-6), p.570 - 574, 2005/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:53.45(Nuclear Science & Technology)

原子核飛跡検出器は、中性子に対する積算型個人線量計として広く利用されているが、10数MeV以上の高エネルギー中性子に対しては感度が急激に低下する問題がある。そこで、高エネルギー中性子との核反応によって重荷電粒子を放出し、飛跡検出器と組合せることにより、検出効率及びエネルギー特性を改良できるラジエータを提案した。中性子との相互作用に基づく解析により、重水素化物質とポリエチレンから成る二層構造が検出効率の特性改善に有望であることを見いだした。この二重構造において、重水素化物質層は、ポリエチレン層で中性子との核反応により発生した陽子の減速材としての役割に加え、自らの層内で発生する重水素の供給源の役割も担っている。そしてTIARAの準単色中性子場を用いた照射実験により、軽水及び重水ラジエータの二重構造による増感効果を実験的に確認した。また二層の厚さを変えることにより、相対感度の中性子エネルギー依存性をある程度制御できることを見いだした。

論文

Improvement of neutron detection efficiency with high sensitive CR-39 track detector

小田 啓二*; 一定 弘毅*; 宮脇 信正*; 山内 知也*; 中根 佳弘

Radiation Measurements, 34(1-6), p.171 - 175, 2001/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:46.75

高エネルギー加速器施設や宇宙分野における個人被ばく線量評価において、20MeV以上の中性子に対する測定技術を確立することは非常に重要である。本研究では固体飛跡検出器適用を検討するために2つのテーマで実験を行った。1つは従来の素子で測定の困難な低LET粒子に対する感度に高い新素材を用いた検出器の開発である。開発中の検出器と従来型検器をD-T中性子場において比較照射した結果、新型は従来型の2倍以上の感度を有することを確認した。もう1つの実験は、数10MeV領域において検出器感度への寄与が増大すると思われる重粒子の寄与の測定である。多段階エッチング手法と成長曲線手法を重粒子へ適応し、TIARAの65MeV準単色中性子場で照射した素子の粒子弁別を行った結果、応答関数計算コードによる重粒子寄与率計算結果と一致し、重粒子の応答関数への寄与を実験的に検証することができた。

口頭

Novel path towards compact laser ion accelerators for hadron therapy; Tenfold energy increase in laser-driven multi-MeV ion generation using a cluster-gas target

福田 祐仁; Faenov, A. Y.; 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; 川瀬 啓悟; et al.

no journal, , 

レーザーを用いたイオン加速手法の開発は、粒子線がん治療装置の小型化,低価格化の観点から注目を集めている。本研究では、新たにクラスター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。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。

口頭

クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速の高エネルギー化

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; 本間 隆之; 川瀬 啓悟; 余語 覚文; et al.

no journal, , 

サブ臨界密度プラズマ中で生成する磁気渦に起因する加速電界により、イオンが高エネルギーに加速される、という磁気イオン加速モデルに基づいた従来とは異なる手法によるレーザー駆動イオン加速の高エネルギー化に取り組んでいる。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(以下、クラスターターゲットと呼ぶ)をイオン加速研究に導入し、従来の同規模クラスのレーザー装置を用いた場合よりもはるかに高い加速エネルギーを得ることに成功した。

口頭

クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速

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; 本間 隆之; 川瀬 啓悟; 小瀧 秀行; et al.

no journal, , 

レーザー駆動の粒子加速は、従来の加速器では実現できないフェムト$$sim$$ピコ秒の極短パルスの量子ビーム生成が可能、といった特長を有する。われわれは、サブ臨界密度プラズマ中で生成する磁気渦に起因する加速電界により、イオンが高エネルギーに加速される、という磁場イオン加速モデルに基づいた従来とは異なる手法によるレーザー駆動イオン加速の高エネルギー化に取り組んでいる。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。

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