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論文

Laser wakefield accelerated electron beam monitoring and control

Koga, J. K.; 森 道昭; 小瀧 秀行; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 桐山 博光; 神門 正城

AIP Conference Proceedings 1721, p.050003_1 - 050003_8, 2016/03

In this talk I will discuss our participation in the ImPACT project, which has as one of its goals, the development an ultra-compact electron accelerator using lasers ($$<$$ 1 GeV, $$<$$ 10 m) and generation of an X-ray beam from the accelerated electrons. Within this I will discuss our investigation into electron beam monitoring and control. Since laser accelerated electrons will be used for X-ray beam generation combined with an undulator, I will present investigation into the possibilities of the improvement of electron beam emittance through cooling.

論文

Ion acceleration via "nonlinear vacuum heating" by the laser pulse obliquely incident on a thin foil target

余語 覚文*; Bulanov, S. V.; 森 道昭; 小倉 浩一; Esirkepov, T. Z.; Pirozhkov, A. S.; 金崎 真聡*; 榊 泰直; 福田 祐仁; Bolton, P.; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 58(2), p.025003_1 - 025003_7, 2016/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.65(Physics, Fluids & Plasmas)

The dependence of the energy of ions accelerated during the interaction of the laser pulse obliquely incident on the thin foil target on the laser polarization is studied experimentally and theoretically. We found that the ion energy being maximal for the p-polarization drastically decreases when the pulse becomes s-polarized. The experimentally found dependencies of the ion energy are explained by invoking anomalous electron heating, which results in high electrostatic potential formation at the target surface.

論文

コンパクトERL電子銃の現状とアップグレード計画

西森 信行; 永井 良治; 森 道昭; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 内山 隆司*; Jin, X.*; 帯名 崇*; et al.

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.511 - 515, 2015/09

コンパクトERLは2013年4月の運転開始以降、順調にコミッショニングを進めている。2014年度までに0.1mAのエネルギー回収試験を終え、レーザーコンプトンX線発生試験も行った。その間、cERL電子銃はトラブル無く、安定なビーム供給に貢献している。ただし、分割セラミック管の不具合のため、運転電圧が390kVに留まっている。2015年度は、セラミック管増設により500kV化を目指す。また、FELへの利用を視野に入れ、高電荷ビーム生成用電子銃駆動レーザーの開発にも着手している。本発表では、cERL電子銃運転の現状と、アップグレード計画について報告する。

論文

コンパクトERLでのレーザーコンプトン散乱光源実証実験

永井 良治; 羽島 良一; 静間 俊行; 森 道昭; 赤木 智哉*; 小菅 淳*; 本田 洋介*; 荒木 栄*; 照沼 信浩*; 浦川 順治*

Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1328 - 1330, 2015/09

コンパクトERL(cERL)においてエネルギー回収型リニアックを基盤とするレーザーコンプトン散乱(LCS)光源のために必要な加速器およびレーザーについての技術開発を行った。ERL-LCS光源のような高強度,エネルギー可変,単色光源は非破壊核種分析に必要な光源である。ERL-LCS光源による光子生成実証のために、cERLの回収ループにレーザーエンハンスメント共振器を設置した。電子ビームエネルギー,レーザー波長,衝突角はそれぞれ、20MeV, 1064nm, 18$$^{circ}$$である。LCS光子の最大エネルギーは約7keVである。感度領域17mm$$^{2}$$のシリコンドリフト検出器を衝突点から16.6mの位置でのLCS光子の観測に用いた。その計測の結果、検出器での強度、中心エネルギー、エネルギー広がりはそれぞれ、1200/s, 6.91keV, 81eVであった。

論文

Direct observation of the pulse width of an ultrashort electron beam

小瀧 秀行; 川瀬 啓悟*; 林 由紀雄; 森 道昭; 神門 正城; Koga, J. K.; Bulanov, S. V.

Journal of the Physical Society of Japan, 84(7), p.074501_1 - 074501_5, 2015/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:50.01(Physics, Multidisciplinary)

Laser wakefield acceleration has the possibility to generate an ultrashort electron beam of the order of femtoseconds or less. Generation of ultrashort pulses is a key to exploring the dynamical behavior of matter on ever-shorter timescales. We found that the profile of the electron beam was manipulated by rotating the laser polarization. The electron beam is in the laser field, which oscillates the electron beam. From electron oscillations in the image of the electron energy distribution, the electron beam pulse width is estimated to be 1.7 fs (rms). The peak current is 10 kA.

論文

Yb:YAG thin-disk chirped pulse amplification laser system for intense terahertz pulse generation

越智 義浩; 永島 圭介; 圓山 桃子; 坪内 雅明; 吉田 芙美子; 河野 七瀬; 森 道昭; 杉山 僚

Optics Express (Internet), 23(11), p.15057 - 15064, 2015/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:20.67(Optics)

高強度テラヘルツパルス発生を目的とした繰り返し周波数1kHzのピコ秒CPAレーザーシステムを開発した。本レーザーシステムではYb:YAG薄ディスクを増幅媒質として用いており、再生増幅器にて出力エネルギー10mJ以上、スペクトル帯域1.2nmのパルスが得られている。レーザーパルスはパルス圧縮器によりパルス幅1.3psに圧縮され、テラヘルツパルス発生に供された。結果、LiNbO$$_{3}$$中での光整流を介して中心周波数0.3THz,パルスエネルギー4 $$mu$$Jのテラヘルツパルスを1kHzの繰り返しにて発生することに成功した。

論文

Demonstration of high-flux photon generation from an ERL-based laser Compton photon source

永井 良治; 羽島 良一; 森 道昭; 静間 俊行; 赤木 智哉*; 荒木 栄*; 本田 洋介*; 小菅 淳*; 照沼 信浩*; 浦川 順治*

Proceedings of 6th International Particle Accelerator Conference (IPAC '15) (Internet), p.1607 - 1609, 2015/06

コンパクトERL(cERL)においてエネルギー回収型リニアックを基盤とするレーザーコンプトン散乱(LCS)光源のために必要な加速器およびレーザーについての技術開発を行った。ERL-LCS光源のような高強度、エネルギー可変、単色光源は非破壊核種分析に必要な光源である。ERL-LCS光源による光子生成実証のために、cERL回収ループにレーザーエンハンスメント共振器を設置した。電子ビームエネルギー、レーザー波長、衝突角はそれぞれ、20MeV, 1064nm, 18deg.である。LCS光子の最大エネルギーは約7keVである。感度領域17mm$$^{2}$$のシリコンドリフト検出器を衝突点から16.6mの位置でのLCS光子の観測に用いた。その計測の結果、検出器での強度、中心エネルギー、エネルギー広がりはそれぞれ、1200/s, 6.91keV, 81eVであった。

論文

High-contrast, high-intensity petawatt-class laser and applications

桐山 博光; 森 道昭; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 今 亮; Esirkepov, T. Z.; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; 金崎 真聡*; et al.

IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 21(1), p.1601118_1 - 1601118_18, 2015/01

 被引用回数:40 パーセンタイル:2.13(Engineering, Electrical & Electronic)

原子力機構で開発を進めているペタワット級超高強度レーザーシステム(J-KARENレーザーシステム)の詳細な設計、動作特性、及び将来計画についての報告を招待論文(Invited paper)として行う。また、高い制御性を有する本レーザーシステムによる代表的な成果として、粒子加速、高輝度X線発生などの研究成果についても報告を行う。

論文

レーザー・コンプトン散乱による$$gamma$$線NDAの技術開発の現状

羽島 良一; 静間 俊行; 永井 良治; 森 道昭; 早川 岳人; Angell, C.; 瀬谷 道夫

核物質管理学会(INMM)日本支部第35回年次大会論文集(インターネット), 7 Pages, 2015/01

日本原子力研究開発機構は、レーザー・コンプトン散乱(LCS)で生成する大強度単色$$gamma$$線(LCS $$gamma$$線)と原子核共鳴蛍光散乱(NRF)による核種の非破壊測定を提案し、これに必要な基盤技術開発を行っている。平成26年度は、4年間の技術開発プログラムの最終年度としてLCS $$gamma$$線の発生実証試験(実証試験)をコンパクトERL(ERL試験加速器)にて実施する予定であり、高エネルギー加速器研究機構の協力のもと、実証試験の準備を進めている。コンパクトERLは2014年3月12日に完成検査に合格し、同6月20日までの運転では実証試験に向けた電子ビーム調整などを行った。2014年7月から12月までの加速器の停止期間中にLCS用レーザー、電子・レーザー衝突用真空容器、ビームライン、LCS $$gamma$$線測定装置などの設置を行い、2015年1月以降に実証試験を開始する。本発表では、これら、(LCS $$gamma$$線の発生)実証試験に向けた準備状況を報告する。

論文

High order harmonics from relativistic electron spikes

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Faenov, A. Y.*; Pikuz, T. A.*; 河内 哲哉; 匂坂 明人; Koga, J. K.; 森 道昭; 川瀬 啓悟*; et al.

RAL-TR-2015-025, P. 22, 2015/00

We provide a description of experiments performed with the J-KAREN and Astra Gemini lasers where we discovered a new regime of relativistic high-order harmonic generation by multi-terawatt femtosecond lasers in gas targets. The results were explained using particle-in-cell simulations and catastrophe theory. Our work paves the way towards a bright coherent X-ray source based on compact lasers and accessible, repetitive, and debris-free gas jet targets. Such a source will be crucial for fundamental research and numerous applications requiring pumping, probing, imaging of microscopic objects and for attosecond science.

論文

コンパクトERLでのレーザーコンプトン散乱光源実証実験用装置の建設

永井 良治; 羽島 良一; 森 道昭; 静間 俊行; 赤木 智哉*; 小菅 淳*; 本田 洋介*; 浦川 順治*

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1328 - 1331, 2014/10

エネルギー回収型リニアック(ERL)により生成された電子ビームを用いた高強度レーザーコンプトン散乱(LCS)$$gamma$$線源は非破壊核種分析システム実現のカギとなる技術である。LCS-$$gamma$$線源実現のために必要な加速器とレーザーを組み合わせた総合的な性能の実証のために、LCS光源とその周辺機器を、ERLを基盤とした光源のための試験加速器、コンパクトERL(cERL)に建設している。そのLCS光源はモードロックファイバレーザー、レーザーエンハンスメント共振器から構成され、ビームラインと実験ハッチについても建設中である。LSC光源のコミッショニングは2015年2月に開始され、3月にLCS光の発生を計画している。

論文

レーザーコンプトン散乱光源用ビームラインモニタの開発

永井 良治; 羽島 良一; 森 道昭; 静間 俊行; 赤木 智哉*; 小菅 淳*; 本田 洋介*; 浦川 順治*

Proceedings of 11th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.839 - 842, 2014/10

レーザーコンプトン散乱(LCS)光源実現のために必要な加速器とレーザーを組み合わせた総合的な性能の実証のために、LCS光源とその周辺機器を、ERLを基盤とした光源のための試験加速器、cERLに建設している。LCS光源の調整用のフラックスモニタとして、LCSビームライン中に設置するモニタの検討を行った。薄いシンチレータ検出器とシリコンドリフト検出器の2種類の検出器を採用し、LCSビームラインの上流部に設置する計画である。フラックスモニタを設置する位置での電子ビームの制動放射によるバックグランドの計測を行い、バックグランドは許容できる範囲であり、フラックスモニタが十分に機能する範囲であることを確認した。

論文

Current status of the driver laser system for intense terahertz wave generation

田中 桃子; 越智 義浩; 小菅 淳; 岡田 大; 森 道昭; 桐山 博光; 坪内 雅明; 永島 圭介

JAEA-Conf 2014-001, p.32 - 33, 2014/09

テラヘルツ波発生用ドライバーレーザーとして、Yb:YAGシンディスクを利得媒質として用いた高強度キロヘルツレーザーシステムを構築した。再生増幅器は4バウンスの構成とし、最大10mJの出力を得た。また、圧縮後のパルスを用いてLiNbO$$_{3}$$結晶によるテラヘルツ波発生のデモンストレーションを行った。

論文

High order harmonics from relativistic electron spikes

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T. A.*; 河内 哲哉; 匂坂 明人; et al.

New Journal of Physics (Internet), 16(9), p.093003_1 - 093003_30, 2014/09

 被引用回数:15 パーセンタイル:21.56(Physics, Multidisciplinary)

We present a detailed description of our discovery of a new regime of high-order harmonic generation, including experimental data, simulations, and description of new harmonic generation mechanism. The harmonics are generated by multi-terawatt relativistic-irradiance ($$>$$ 10$$^{18}$$ W/cm$$^2$$) femtosecond ($$approx$$ 30-50 fs) lasers focused to gas jet targets. According to our model, the harmonics are produced by sharp, structurally stable, oscillating electron spikes at the joint of boundaries of wake and bow waves excited by the laser pulse.

論文

Construction of a laser Compton scattered photon source at cERL

永井 良治; 羽島 良一; 森 道昭; 静間 俊行; 赤木 智哉*; 本田 洋介*; 小菅 淳*; 浦川 順治*

Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC '14) (Internet), p.1940 - 1942, 2014/07

レーザーコンプトン散乱(LCS)による高強度$$gamma$$線源のために必要とされる加速器技術およびレーザー技術の実証のために、LCS光源とその周辺装置を高エネルギー加速器研究機構のコンパクトERL(cERL)に建設中である。エネルギー回収方リニアック(ERL)の電子ビームによるLCS光源は核種を同定するための非破壊検査システムのキーテクノロジーである。LCS光源とその周辺装置はモードロックファイバーレーザー、レーザー増倍共振器、ビームライン、実験室から成る。そのLCS光源の調整運転は2015年2月に開始される予定である。

論文

High power laser developments with femtosecond to nanosecond pulse durations for laser shock science and engineering

桐山 博光; 森 道昭; 鈴木 将之*; 大東 出*; 岡田 大; 越智 義浩; 田中 桃子; 佐藤 方俊*; 玉置 善紀*; 吉井 健裕*; et al.

レーザー研究, 42(6), p.441 - 447, 2014/06

原子力機構で開発している、(1)フェムト秒超高強度レーザーとしてOPCPA/Ti:sapphireハイブリッドレーザー、(2)ピコ秒高強度レーザーとしてOPCPA/Yb:YAGハイブリッドレーザー、(3)ナノ秒高平均出力レーザーとして半導体レーザー励起Nd:YAGレーザーについて、それらの構成及び動作特性について紹介する。

論文

Application of laser Compton scattered $$gamma$$-ray beams to nondestructive detection and assay of nuclear material

羽島 良一; 早川 岳人; 静間 俊行; Angell, C.; 永井 良治; 西森 信行; 沢村 勝; 松葉 俊哉; 小菅 淳*; 森 道昭; et al.

European Physical Journal; Special Topics, 223(6), p.1229 - 1236, 2014/05

 被引用回数:9 パーセンタイル:55.89(Physics, Multidisciplinary)

Generation of energy-tunable $$gamma$$-rays via laser Compton scattering is of great interest for applications of MeV photons -which interact with nuclei- and scientific studies. One of the promising applications of such energy-tunable $$gamma$$-rays is the nondestructive detection and assay of nuclides, which are necessary for nuclear security and safeguards. We are developing technologies relevant to $$gamma$$-ray nondestructive detection and assay, which include a high-brightness $$gamma$$-ray source based on modern laser and accelerator technologies, and $$gamma$$-ray measurement methods optimized for highly radioactive samples.

論文

Current status and future prospects of "J-KAREN"; High contrast, high intensity laser for studying relativistic laser-matter interactions

桐山 博光; 森 道昭; 岡田 大; 下村 拓也; 中井 善基*; 田上 学; 近藤 修司; 金沢 修平; 余語 覚文; 匂坂 明人; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.015095_1 - 015095_5, 2014/03

原子力機構関西光科学研究所で開発を進めている高コントラスト、ペタワット級チタンサファイアチャープパルス増幅(CPA)レーザーシステムの設計及び動作特性について報告を行う。2つの可飽和吸収体と低利得光パラメトリックチャープパルス増幅手法(OPCPA)を用いた前置増幅器を用いることで、サブナノ秒の時間領域において1.4$$times$$10$$^{12}$$の高いコントラストを達成した。最終段増幅器出力は28Jであり、パルス圧縮を行うことで、600TWの高いピーク出力がポテンシャルとして可能である。また、0.1Hzの繰り返しでペタワット以上の出力が可能なシステムへのアップグレードについても簡素に報告する。

論文

Minimum condition of target gas material at an ionization-stage control scheme in a laser?plasma electron acceleration

森 道昭; 神門 正城; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 桐山 博光; 岡田 大; Pirozhkov, A. S.; Bulanov, S. V.; 近藤 公伯; Bolton, P.

JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.015094_1 - 015094_6, 2014/03

レーザープラズマ電子加速のイオン化ステージ制御法における電子線発生において適切、もしくは不適切なガスターゲットについて報告する。4TW・40fsのピーク出力及びパルス幅のレーザーをビームは、9$$times$$10$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$の強度でターゲットに照射した。実験では、ネオンとアルゴンを用いてこの電子線生成の調査を行った。アルゴンターゲットにおいて、高エネルギー電子線は5$$times$$10$$^{18}$$cm$$^{-3}$$の中性ガス密度の閾値で観測した。一方、ネオンでは中性ガス密度を5$$times$$10$$^{18}$$cm$$^{-3}$$から5$$times$$10$$^{19}$$cm$$^{-3}$$までスキャンしたものの、顕著な高エネルギー電子($$>$$1MeV, $$<$$1pC)は観測されなかった。この結果を考察するために光プローブを用いて励起レーザーの挙動を調査した。その結果、特にアルゴンターゲットで観察した強力なレーザー・チャンネルの構造が、ネオンにおいて生じていないことを確認した。さらに、光線追跡計算から、イオン化のスロープ部分での屈折効果によって相対論的自己収束が妨げられていることがわかった。

論文

Polarization-selectable cavity locking method for generation of laser Compton scattered $$gamma$$-rays

小菅 淳; 森 道昭; 岡田 大; 羽島 良一; 永島 圭介

Optics Express (Internet), 22(6), p.6613 - 6619, 2014/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:79.6(Optics)

共振器内の光の偏光方向に敏感な新しい共振器ロックの方法の開発を行った。この方法は、3枚の反射光学系から成るイメージ変換原理を用いて共振器ロックのための信号(error signal)を得ることができ、さらに入射レーザーの偏光方向を制御することにより共振器内に蓄積される光の偏光方向を縦と横を任意に選ぶことができる。本論文では、これらの原理について紹介し、実際に得られてた実験結果について報告する。

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