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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

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

High-order harmonics from relativistic laser plasmas

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

Research Using Extreme Light; Entering New Frontiers with Petawatt-Class Lasers II (Proceedings of SPIE, Vol.9515), p.95150C_1 - 95150C_13, 2015/06

 パーセンタイル:100

High-order harmonic generation of high intensity ultra-short laser pulses by means of laser produced plasmas are discussed. Since with plasma targets there is no limitation on applicable laser intensity the generated harmonics can be substantially intense. Recent results of experiments and computer simulations on the high-order harmonic generation are briefly reviewed. Main attention is paid to the analysis of basic mechanisms of high-order harmonic generation from overdense and underdense plasma targets irradiated by relativistically intense laser pulses.

論文

Effect of electromagnetic pulse transverse inhomogeneity on ion acceleration by radiation pressure

Lezhnin, K.*; Kamenets, F. F.*; Beskin, V.*; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Bulanov, S. V.

Physics of Plasmas, 22(3), p.033112_1 - 033112_9, 2015/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:63.35(Physics, Fluids & Plasmas)

The transverse inhomogeneity effect is described analytically within the framework of a thin foil target model and with the particle-in-cell simulations showing that the maximum energy of accelerated ions decreases when the displacement from the axis of the target initial position increases.

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

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

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

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

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

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

Observation of preformed plasma generated from a thin-foil target for laser-driven proton acceleration

匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 西内 満美子; 小倉 浩一; 榊 泰直; 余語 覚文; 森 道昭; 桐山 博光; 岡田 大; 金沢 修平; et al.

レーザー研究, 42(2), p.160 - 162, 2014/02

強度レーザーと薄膜との相互作用により、高エネルギーの粒子,硬X線,高次高調波,テラヘルツ波などが発生する。特にレーザー駆動陽子線については、医療用などの小型イオン源への利用が期待されている。今回、日本原子力研究開発機構設置のチタンサファイアレーザー(J-KAREN)を用い、薄膜ターゲットから発生した陽子の計測を行った。ターゲット表面から発生したプリプラズマの大きさは、自然増幅光のメインパルス以前部分のパルス幅を短くすることで減少した。ターゲット裏面の垂直方向に発生する陽子の最大エネルギーは、プリプラズマの大きさを制御することにより増加した。

論文

Nonlinear plasma wave in magnetized plasmas

Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; Koga, J. K.; 細貝 知直*; Zhidkov, A.*; 児玉 了祐*

Physics of Plasmas, 20(8), p.083113_1 - 083113_10, 2013/08

 被引用回数:11 パーセンタイル:37.83(Physics, Fluids & Plasmas)

Nonlinear axisymmetric cylindrical plasma oscillations in magnetized collisionless plasmas are amodel for the electron fluid collapse at the axis behind the ultrashort relativisically intense laserpulse exciting the plasma wake wave. We present the analytical description of the strongly nonlinear oscillations showing that the magnetic field prevents from closing the cavity formed behind the laserpulse.

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

Relativistic mirrors in plasmas; Novel results and perspectives

Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; Pirozhkov, A. S.; Rosanov, N. N.*

Physics-Uspekhi, 56(5), p.429 - 464, 2013/05

Relativistic flying mirrors in plasmas are thin, dense electron or electron-ion layers accelerated by high-intensity electromagnetic waves to velocities close to the speed of light in the vacuum; in nonlinear media, refractive index modulations are induced by a strong electromagnetic wave. The reflection of the electromagnetic wave from the relativistic mirror results in its energy and frequency changing. In the counter-propagation configuration, the frequency of the reflected wave is multiplied by the factor proportional to the $$gamma$$-factor squared. This scientific area promises the development of sources of ultrashort X-ray pulses in the attosecond range. The expected intensity will reach the level at which the effects predicted by nonlinear quantum electrodynamics start to play a key role. In the co-propagating configuration, the energy of the electromagnetic wave is transferred to the ion energy, providing a highly efficient acceleration mechanism.

論文

Ultra-intense, high spatio-temporal quality petawatt-class laser system and applications

桐山 博光; 下村 拓也; 森 道昭; 中井 善基*; 田上 学; 近藤 修司; 金沢 修平; Pirozhkov, A. S.; Esirkepov, T. Z.; 林 由紀雄; et al.

Applied Sciences (Internet), 3(1), p.214 - 250, 2013/03

 被引用回数:11 パーセンタイル:69.38(Chemistry, Multidisciplinary)

ペタワット級超高強度レーザーの利用研究に向けてのレーザー高度化技術開発として、原子力機構で開発を進めている高度に時間・空間制御されたペタワット(PW)級チタンサファイアチャープパルス増幅レーザーシステム(J-KARENレーザーシステム)の紹介を、招待論文(Invited paper)として行う。また、本レーザーシステムにより創出された粒子加速、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

On the design of experiments to study extreme field limits

Bulanov, S. S.*; Chen, M.*; Schroeder, C. B.*; Esarey, E.*; Leemans, W. P.*; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; Koga, J. K.; Zhidkov, A. G.*; et al.

AIP Conference Proceedings 1507, p.825 - 830, 2012/12

 被引用回数:7 パーセンタイル:4.96

We propose the experiments on the collision of intense laser pulses with energetic electron bunches and on the collision of two or more intense laser pulses for studying extreme field limits in the nonlinear interaction of electromagnetic waves. The regimes of dominant radiation reaction, which completely changes the electromagnetic wave matter interaction, will be revealed in such experiments. This will result in a new powerful source of ultra short high brightness $$gamma$$-ray pulses. A possibility of the demonstration of the electron positron pair creation from vacuum in the collision of two or more intense laser pulses is discussed.

論文

Possibility of measuring photon-photon scattering via relativistic mirrors

Koga, J. K.; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Rosanov, N. N.*

Physical Review A, 86(5), p.053823_1 - 053823_10, 2012/11

 被引用回数:13 パーセンタイル:33.59(Optics)

Photon-photon scattering predicted by quantum electrodynamics has not been experimentally confirmed in the optical frequency range. This is due to its extremely small cross section in this energy range. Since the cross section rapidly increases with photon energy, we propose measuring the photon-photon scattering cross section by upshifting optical lasers to the 100 eV to keV range using four relativistic mirror schemes and colliding them. In two of the schemes we find that although the number of scattering events is small with realistic laser parameters, measurement could be possible with an accumulation of a large number of laser shots. In the two other schemes a large number of scattering events is possible, however, the use of large future laser systems will be necessary.

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.

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