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論文

Proton acceleration to 40 MeV using a high intensity, high contrast optical parametric chirped-pulse amplification/Ti:sapphire hybrid laser system

小倉 浩一; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 谷本 壮*; 匂坂 明人*; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; 静間 俊行; 早川 岳人; 桐山 博光; et al.

Optics Letters, 37(14), p.2868 - 2870, 2012/07

 被引用回数:71 パーセンタイル:3.26(Optics)

OPCPA方式チタンサファイアレーザーで発生した高コントラスト(10$$^{10}$$)高強度(10$$^{21}$$)短パルス(40fs)のレーザー光を用いて、従来の最大エネルギー25MeVを超える40MeVの陽子線を得た。このときのレーザーエネルギーは10ジュール以下であった。15MeV以上の陽子線の発生効率は、0.1%であった。

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:68.31(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

The Progress in the laser-driven proton acceleration experiment at JAEA with table-top Ti:Sappire laser system

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

Proceedings of SPIE Europe Optics + Optoelectronics 2011, Vol.8079, 7 Pages, 2011/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

レーザー駆動陽子線の特異な性質により、多くの応用の可能性がうたわれている。その中には、医療用の小型加速器がある。われわれの最終ゴールはここにある。そのために、レーザーを薄膜個体ターゲットに照射してイオン加速実験を行った。われわれのレーザーは、非常にコントラストが高い、短パルスの小型テーブルトップレーザーである。レーザーは800nm, 40fs, 4J, 10$$^{11}$$のコントラスト、ピーク強度$$>$$10$$^{20}$$Wcm$$^{-2}$$のパラメータを持ち、ターゲットとしては、100umからsub-umの厚みの固体ターゲットを用いた。その結果として、最高エネルギー14MeVの陽子線で、10MeV付近の個数が10Hzで10分間に、マウスの皮膚に2Gy照射するに十分なドーズ量を持つ陽子線の発生に成功した。

論文

Experimental evidence of nonthermal acceleration of relativistic electrons by an intensive laser pulse

蔵満 康浩*; 中新 信彦*; 近藤 公伯; 坂和 洋一*; 森 芳孝*; 三浦 永祐*; 辻 和樹*; 木村 和哉*; 福持 修司*; 柏原 守*; et al.

Physical Review E, 83(2), p.026401_1 - 026401_6, 2011/02

 被引用回数:13 パーセンタイル:33.85(Physics, Fluids & Plasmas)

宇宙に漂う宇宙線に含まれる粒子線のエネルギー分布は冪乗に比例する傾向を持つことが知られており、したがって、そのような宇宙線の起源を知るうえで非熱的な加速機構を考えることは本質的である。このような宇宙線の起源の候補として宇宙における衝撃波に沿った相対論的な航跡場加速が考えられている。ここではそのような航跡場をプラズマ中に入射した強力なレーザー光による航跡場による加速として扱い、実験室における天文物理を展開した。

論文

Model experiment of cosmic ray acceleration due to an incoherent wakefield induced by an intense laser pulse

蔵満 康浩*; 中新 信彦*; 近藤 公伯; 坂和 洋一*; 森 芳孝*; 三浦 永祐*; 辻 和樹*; 木村 和哉*; 福持 修司*; 柏原 守*; et al.

Physics of Plasmas, 18(1), p.010701_1 - 010701_4, 2011/01

 被引用回数:16 パーセンタイル:36.07(Physics, Fluids & Plasmas)

大振幅の光波を有する強力なレーザーパルスを代用することで実験室中のプラズマに宇宙の衝撃波環境のモデル実験を行った。強力なレーザーパルスを爆縮するポリスチレンのシリンダー中で伝搬させ宇宙衝撃波の上流のプラズマ中を伝搬する大振幅光波を模擬した。非熱平衡な電子が生成され、そのスペクトルは2乗の冪に従った。

論文

Correlation between laser accelerated MeV proton and electron beams using simple fluid model for target normal sheath acceleration

反保 元伸; 粟野 信哉*; Bolton, P.; 近藤 公伯; 三間 圀興*; 森 芳孝*; 中村 浩隆*; 中堤 基彰*; Stephens, R. B.*; 田中 和夫*; et al.

Physics of Plasmas, 17(7), p.073110_1 - 073110_5, 2010/07

 被引用回数:10 パーセンタイル:57.59(Physics, Fluids & Plasmas)

High density energetic electrons that are created by intense laser plasma interactions drive MeV proton acceleration. Correlations between accelerated MeV protons and electrons are experimentally investigated at laser intensities in the range, 10$$^{18}$$ - 10$$^{19}$$ W/cm$$^2$$ with $$S$$-polarization. Observed proton maximum energies are linearly proportional to the electron slope temperatures with a scaling coefficient of about 10. Experimental results also indicate that, in the context of the simple analytical fluid model for transverse normal sheath acceleration, the ion (proton) density is comparable to density of the hot electron cloud near the target rear surface if an empirical acceleration time is assumed.

論文

Superthermal and efficient-heating modes in the interaction of a cone target with ultraintense laser light

中村 浩隆*; Chrisman, B.*; 谷本 壮*; Borghesi, M.*; 近藤 公伯; 中堤 基彰*; 乗松 孝好*; 反保 元伸; 田中 和夫*; 薮内 俊毅*; et al.

Physical Review Letters, 102(4), p.045009_1 - 045009_4, 2009/01

 被引用回数:21 パーセンタイル:25.23(Physics, Multidisciplinary)

コーンターゲットと超高強度レーザーの相互作用に関し、コーン中のフォーカス位置を変えて観測した。コーン先端に集光した場合は発生電子の温度は高々1MeV程度だったが、コーン先端からわずかにずらして集光することで10MeV以上の高温電子の発生が認められた。効率の良い加熱はコーン先端に設けたプラスチックワイヤーからの中性子発生によっても確かめられた。

論文

Spectrum modulation of relativistic electrons by laser wakefield

中新 信彦*; 近藤 公伯; 蔵満 康浩*; 森 芳孝*; 三浦 永祐*; 辻 和樹*; 木村 和也*; 福持 修司*; 柏原 守*; 谷本 壮*; et al.

Applied Physics Letters, 93(8), p.081501_1 - 081501_3, 2008/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:79.37(Physics, Applied)

中空のプラスチックシリンダーを爆縮して過渡的に長尺プラズマチューブを発生し、そこへPWレーザーを入射して相対論電子を発生した。長尺プラズマチューブの条件を変えることで発生相対論電子のスペクトル変調が可能であることが判明した。

報告書

SPring-8シンクロトロン、セプタム電磁石漏れ磁場シールドの開発

阿部 浩之; 青木 毅; 上山 泰男*; 大槌 茂樹*; 岡西 賢二*; 親谷 英樹*; 金田 隆良*; 佐々木 泰*; 鈴木 寛光; 谷 教夫; et al.

JAERI-Research 97-068, 51 Pages, 1997/10

JAERI-Research-97-068.pdf:1.78MB

SPring-8シンクロトロンに全ての電磁石等機器類の据え付けが完了した。本報告は、そのシンクロトロンの入出射部にあるパルス電磁石のうち、先行機である出射用セプタム電磁石了の漏れ磁場測定と、その対策について述べる。この試験データを基に先行機及び後続機(入射用セプタム電磁石1)に反映させ、「magnetic leakage shield」という漏れ磁場シールドを研究・開発し設置した。結果的にはビームに対する漏れ磁場の影響を十分に抑えることができた。

口頭

MWPCにより計測されたレーザー駆動高エネルギーイオンの解析

谷本 壮; 榊 泰直; 西内 満美子; 福田 祐仁; 堀 利彦; 西尾 勝久; 近藤 公伯

no journal, , 

これまで高繰り返しのレーザーを用い、レーザー駆動によって生成した高エネルギーイオンの検出器として、イオン計測のノイズ源となり得るプラズマから発生する電子やX線に感度がないCR-39等の固体飛跡検出器が用いられている。しかしながら、CR-39は、解析を行うためにエッチングなどの化学処理や顕微鏡などを用い高エネルギーイオン入射時に形成されるピットの形状,ピット数をオフラインで調べなければならず、ワンショットあたりのプラズマパラメーターの揺らぎを持つレーザーパラメータと比較しながら統計的に調べ、物理現象を理解するには適していない。そこで本研究では、原子核実験で高エネルギーイオンの計測器として用いられているMulti-Wire Proportional Counter(MWPC)をレーザー駆動粒子線計測用に調整し、レーザー駆動によって生成した高エネルギーイオンを用い、プラズマパラメーターの解析を行うことを考え、予備実験的にリアルタイム計測を行った。

口頭

高強度レーザーによる高エネルギー量子線発生

谷本 壮; 西内 満美子; 金崎 真聡; Pirozhkov, A. S.; 反保 元伸; 余語 覚文; 小倉 浩一; 堀 利彦; 匂坂 明人; 福田 祐仁; et al.

no journal, , 

原子力機構では、J-KARENレーザーを用い、膜厚の薄い薄膜ターゲットなどの相互作用によって発生する高速電子や高エネルギーイオン等の量子線の計測が行われている。高エネルギー量子線の中でも高エネルギーイオンにおいては、高繰り返しのレーザーで大型のレーザー装置を用いた世界トップレベルの成果と同等な14[MeV]の高エネルギーなイオンが観測されている。現在、これまで以上に集光強度を上げるためにJ-KARENレーザーの高度化が行われている。この高度化による集光強度(既存の集光光学系を用いた場合の集光強度)は、$$sim$$$$10^{21}$$[W$$cm^{-2}$$]に達すると考えられる。このレーザー強度において、高速電子の電子温度は$$sim$$10[MeV](ポンデロモーティブスケーリングより)に達し、数十[MeV]の高エネルギーイオンが期待される。今回、高度化されたJ-KARENレーザーを用い、膜厚の薄い薄膜との相互作用によって発生する高速電子や高エネルギーイオン等の高エネルギー量子線の計測を行う。

口頭

原子力機構J-KARENレーザーによる高エネルギーイオン発生実験

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

no journal, , 

本講演では固体薄膜ターゲットを用いた陽子線発生実験の結果を述べる。レーザー駆動陽子線の最大エネルギーは集光強度に依存して高くなる。より少ないレーザーエネルギーで高エネルギーの陽子線を発生させるには、集光強度を向上させることが必要不可欠である。われわれは、関西光科学研究所における100TW級レーザーJ-KARENシステムのポテンシャルを最大限に引き出すため、レーザーの伝送光路において、波面精度のよい大口径光学ミラーの導入、及び伝送光路におけるエネルギーロスを減らすためのコンプレッサー位置の移動を行った。その結果レーザー集光強度は去年の11月に行った実験に比して1桁近く向上した。さらに、繰り返し供給可能なマイクロメータレベルのテープターゲットを用い、最高エネルギー23MeVの陽子線発生を記録した。これは、100TW級のレーザーにおいては世界最高レベルとなっている。さらにプラズマミラーを導入して11桁以上のコントラストを持つレーザーパルスを生成し、ナノメータレベルターゲットによる陽子線発生を行った。本講演において、詳細結果を発表する。

口頭

原子力機構における高コントラストTi:Sapレーザーによる高エネルギーイオン発生実験の現状

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

no journal, , 

レーザー駆動陽子線を医療応用に資するためには、繰り返しの効く小型レーザーで、十分に高エネルギーの陽子線を治療に必要な個数だけ、安定に発生する必要がある。レーザー駆動陽子線の最大エネルギーは集光強度に依存して高くなる。より少ないレーザーエネルギーで高エネルギーの陽子線を発生させるには、集光強度を向上させることが必要不可欠である。われわれは、関西光科学研究所における100TW級レーザーJ-KARENシステムのポテンシャルを最大限に引き出すため、レーザーの伝送光路において、波面精度のよい大口径光学ミラーの導入、及び伝送光路におけるエネルギーロスを減らすためのコンプレッサー位置の移動を行った。その結果レーザー集光強度は去年の11月に行った実験に比して、1桁近く向上し、発生陽子線の最高エネルギーも23MeVを記録した。これは、100TW級のレーザーにおいては世界最高レベルである。さらにプラズマミラーを導入して11桁以上のコントラストを持つレーザーパルスを生成、ナノメータレベルターゲットによる陽子線発生を行った。本講演において、詳細結果を発表する。

口頭

高強度レーザーと薄膜ターゲットの相互作用による高速電子の計測

谷本 壮; 西内 満美子; 金崎 真聡; Pirozhkov, A. S.; 反保 元伸; 余語 覚文; 小倉 浩一; 堀 利彦; 匂坂 明人; 福田 祐仁; et al.

no journal, , 

高エネルギーイオンの生成には、さまざまな工夫が考えられており、その手法の一つとしてターゲットに照射するレーザーの照射強度の向上がある。それは、高エネルギーイオンの生成をTarget Normal Sheath Accelerationで仮定した場合、イオンの最大エネルギーは、電子温度の上昇とともに大きくなり、電子温度はレーザー強度が高くなるにつれて上昇する。このことから、レーザー強度の高強度化は、電子温度を上げて、高エネルギーイオンの生成へとつながる。原子力機構では、これまでに行われた実験における集光強度を大幅に引き上げるためにJ-KARENレーザーの高強度化が行われている。この高度化による集光強度(既存の集光光学系を用いた場合の集光強度)は、$$10^{21}$$[W $$cm^{-2}$$]に達すると期待している。このレーザー強度において、高速電子の電子温度はポンデロモーティブスケーリングで電子温度を仮定した場合、10[MeV]に達し、数十[MeV]の高エネルギーイオンが期待される。今回、高度化されたJ-KARENレーザーを用い、薄膜ターゲットとの相互作用によって発生する高速電子の計測を行ったのでそれについて報告する。

口頭

High energy components of the intense laser-driven proton beams detected by stacked CR-39

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

no journal, , 

固体飛跡検出器CR-39を用いたレーザー駆動プロトンビームの高精度エネルギー計測を行った。J-KARENレーザーを薄膜ターゲットに照射することによって発生したプロトンビームを、スタックにしたCR-39を用いて検出した。多段階エッチング法を用いたエッチピット成長挙動の詳細な解析により、発生したプロトンビームの最大エネルギー値について、従来の飛行時間計測法よりも約10倍の精度で求めることに成功した。

口頭

Fast electron energy transport in solid target generated by high contrast high intense laser pulse

谷本 壮; 西内 満美子; 三島 陽介*; 木久山 健士郎*; 森岡 朋也*; 森田 澄*; 金崎 真聡; Pirozhkov, A. S.; 余語 覚文; 小倉 浩一; et al.

no journal, , 

The fast electron spectrum was measured simultaneously with the proton energy in the interaction between the solid and the high intense laser. There were two components in the electron spectrum. The higher electron temperature component was almost explained by the ponderomotive formula. The total electron spectrum including the lower temperature component was also explained by a simple model. The detected maximum proton energy was 23 MeV with SUS thin foil target.

口頭

超高強度レーザーによる40MeV陽子線の発生

小倉 浩一; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 谷本 壮; 匂坂 明人; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; 桐山 博光; 金沢 修平; 近藤 修司; et al.

no journal, , 

100fs以下でコンパクト化が可能な10J級チタンサファイアレーザーシステムを使用したレーザー駆動陽子発生において、これまでの最大値25MeVを大きく上回る40MeVの陽子線を発生できた。パルス幅40fsで高いコントラスト比1E10のレーザー光の伝送効率,伝送波面の向上により、国内では最大の集光強度1E21W/(cm*cm)を確実に発生できる技術を確立し、これをマイクロメートルサイズの厚さの薄膜に照射して高エネルギー陽子線の発生を実現した。10Hz化が可能なレーザースペックで高繰り返し供給可能なテープターゲットを用いても30MeVを越す十分な量の陽子線が発生でき、医療応用の実現可能性が飛躍的に高まった。

口頭

コニカルターゲットホルダを用いたレーザー駆動準単色ペンシル陽子ビーム生成

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

no journal, , 

2J, 60fsのチタンサファイアレーザーを用いて、コニカルな空洞形状を持ったターゲットフォルダに装着した薄膜ターゲットを照射することで、7MeVのコリメートされた陽子線の発生に成功した。通常広がった分布と連続なエネルギースペクトルを持って発生するレーザー駆動陽子線の、準単色化と収束のメカニズムは、レーザーをターゲットに照射することによって発生するエスケープ電子の持つポイントチャージがコニカルな空洞領域内に誘起する収束電場によって、説明される。

口頭

レーザー駆動による高速電子の固体中でのエネルギー輸送

谷本 壮; 小倉 浩一; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 近藤 公伯

no journal, , 

レーザー駆動による高エネルギーイオンの生成方法には、さまざまな方法が検討されている。その方法の一つとして、膜厚の薄い固体などを用いるTarget Normal Sheath Acceleration(TNSA)がある。これは、高強度レーザーを固体に照射し、レーザーとプラズマの相互作用によって生成する高速電子が固体中を伝搬し裏面から真空中に放出される際、裏面にシース電場が形成されイオンを加速させる方法である。このTNSAにより高エネルギーイオンを生成させる方法として、固体に照射するレーザー強度を高くし電子温度を上昇させる方法や固体の膜厚を薄くする方法等がある。膜厚を薄くする方法は、高速電子が固体中を往復移動することにより強いシース電場が形成され高エネルギーイオンが生成されると考えられている。このように生成される高エネルギーイオンの計測はよく行われているが、高速電子との同時計測は行われていない。本研究では、極短パルス高出力レーザーのJ-KARENレーザー装置を用い、膜厚の薄い固体に照射し、その時発生する高エネルギーイオンと高速電子の同時計測を行った。固体の膜厚等の条件を変化させた場合、高速電子のエネルギースペクトルの低エネルギー領域の電子数に違いが見られた。

口頭

超高強度レーザーによる40MeV陽子線の発生,2

小倉 浩一; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 谷本 壮; 匂坂 明人; Esirkepov, T. Z.; 静間 俊行; 早川 岳人; 羽島 良一; 神門 正城; et al.

no journal, , 

厚さ$$mu$$m程度の薄膜に高強度レーザーを集光させると高エネルギーの陽子線を発生させることができる。生成した陽子線は、医療応用や同位元素生成するためのコンパクトな粒子源となることが期待される。100fs以下でコンパクト化が可能な10J級チタンサファイアレーザーシステムを使用したレーザー駆動陽子発生において、これまでの最大値25MeVを大きく上回る40MeVの陽子線を発生できた。実験は原子力機構のJ-KARENチタンサファイアレーザーシステムを使用した。エネルギー18J,パル幅40fs,波長800nm,ビーム径150mmであった。レーザービームを軸外し放物面鏡で薄膜ターゲット(アルミニウム0.8$$mu$$m)に集光した。集光径は、約3$$mu$$m$$times$$4$$mu$$m(FWHM)であった。ターゲット上のエネルギーは7.4J、集光強度は1E21W/cm$$^{2}$$以上であった。メインパルスに先立つ100$$sim$$500psのコントラストは約1E10であった。発生した陽子線はCR39固体飛跡検出器で検出した。陽子のエネルギーとCR39に中での飛程との関係から最大エネルギーは約40MeVであることがわかった。

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