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論文

Improvement of the quality and stability of electron bunch using countercrossing laser beam

小瀧 秀行; 大東 出; 神門 正城; 林 由紀雄; Ma, J.-L.; Chen, L.-M.; Esirkepov, T. Z.; 福田 祐仁; 本間 隆之; Pirozhkov, A. S.; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 36(4), p.1760 - 1764, 2008/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:32.07(Physics, Fluids & Plasmas)

高強度レーザーで励起されるプラズマウェーク場によって小型の高品質電子ビーム源をつくることが可能となる。しかし、1パルスの場合、電子のトラップと加速を同一のレーザーパルスで行うため、安定領域が非常に狭く、電子の発生が不安定になってしまう。そこで、2パルス衝突型の高品質電子ビーム発生を行った。3TW,70fsのチタンサファイアレーザーを用いて、衝突角45$$^{circ}$$での2パルスクロスでの高品質電子ビーム発生実験を行った。この実験により、ピークエネルギー14MeV,エネルギー分散11%,電荷量22pC,規格化エミッタンス1.6$$pi$$mm mrad,単色電子の発生率50%で高品質電子ビーム発生に成功した。2パルスの使用により、ウェーク場への電子トラップと加速とが分離でき、レーザーやプラズマ密度等のパラメーターを最適化することにより安定な高品質電子ビーム発生が可能であることを示した。

論文

Counter-crossing injection for stable high-quality electron beam generation via laser-plasma interaction

小瀧 秀行; 大東 出; 林 由紀雄; Ma, J.-L.; Chen, L.-M.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; 福田 祐仁; 本間 隆之; Pirozhkov, A. S.; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 112(4), p.042031_1 - 042031_4, 2008/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:55.27

高強度レーザーで励起されるプラズマウェーク場によって小型の高品質電子ビーム源をつくることが可能となる。しかし、1パルスの場合、電子のトラップと加速を同一のレーザーパルスで行うため、安定領域が非常に狭く、電子の発生が不安定になってしまう。そこで、2パルス衝突型の高品質電子ビーム発生を行った。3TW, 70fsのチタンサファイアレーザーを用いて、衝突角45$$^{circ}$$での2パルスクロスでの高品質電子ビーム発生実験を行った。この実験により、ピークエネルギー14MeV,エネルギー分散11%,電荷量22pC,規格化エミッタンス1.6$$pi$$mm mrad,単色電子の発生率50%で高品質電子ビーム発生に成功した。2パルスの使用により、ウェーク場への電子トラップと加速とが分離でき、レーザーやプラズマ密度等のパラメーターを最適化することにより安定な高品質電子ビーム発生が可能であることを示した。

論文

20 MeV quasi-monoenergetic electron beam production by using JLITE-X laser system at JAEA-APRC

森 道昭; 神門 正城; 大東 出; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Esirkepov, T. Z.; 中島 一久; 大道 博行; et al.

International Journal of Modern Physics B, 21(3&4), p.407 - 414, 2007/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Physics, Applied)

2005年9月に原子力機構において、レーザー照射実験を行い、準単色構造の電子ビームの生成に成功した。実験では、テラワットレーザービームをf=648mmの集光ミラーによってガス密度2.0-2.5$$times$$10$$^{19}$$cm$$^{-3}$$(電子密度換算で4.1-5.0$$times$$10$$^{19}$$cm$$^{-3}$$)のHeガスジェット上に集光・照射し、9-20MeVの準単色電子ビームが生成され、さらにこれを超える密度では、準単色構造が不安定になる現象も観測した。準単色電子生成の結果は後に行ったシミュレーション結果からも妥当な結果であることがわかり、理論・実験双方で連携した結果が得られている。発表では、この結果・考察に加え原子力機構における最近の超高強度レーザープラズマ相互作用の研究の状況についても報告する。

論文

Transverse dynamics and energy tuning of fast electrons generated in sub-relativistic intensity laser pulse interaction with plasmas

森 道昭; 神門 正城; 大東 出; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 山崎 淳; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Koga, J. K.; 中島 一久; et al.

Physics Letters A, 356(2), p.146 - 151, 2006/07

 被引用回数:46 パーセンタイル:83.83(Physics, Multidisciplinary)

準相対論的強度における準単色電子線発生について実験的に研究を行った。われわれは、電子加速の実験結果が自己変調領域でのレーザーウェーク場加速の2次元PICシミュレーションの結果で説明されることを見いだした。

論文

Laser acceleration activity at JAEA-QuBS-APRC; Recent activity

森 道昭; 神門 正城; 大東 出; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 中島 一久; 大道 博行; Bulanov, S. V.; et al.

Proceedings of the International Workshop on Quark Nuclear Physics 2006, p.201 - 206, 2006/00

原子力機構におけるレーザー電子加速研究、特に2005年に行った小型レーザーを使って20MeV級の準単色電子ビーム発生に成功した研究について、レーザー装置の概要と今後の研究の展開について講演する。2005年に準相対論的強度におけるレーザーと物質の相互作用を研究する目的でチタンサファイアレーザー装置JLITE-Xを開発した。このレーザー開発後、準単色構造を持った荷電粒子の発生実験を行った。初めにわれわれは、ピーク出力3TW・パルス幅70fs・集光強度9$$times$$10$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$のレーザー光をヘリウムガスジェット上に集光・照射し、自己変調型レーザー航跡場加速領域でエネルギー20MeV発散角4.6mradの電子ビームを発生させ、初めて準相対論領域すなわちa0が1を下回る強度においてレーザー駆動準単色電子発生が可能であることを実験的に明らかにした。これらの結果は、数テラワットの小型レーザーシステムでも、プラズマ物理研究ばかりでなく、応用を前提とした高エネルギー荷電粒子源にも使えることを示した。これらの研究結果を交え今後の展開について講演する。

論文

Pilot-scale test on electron beam treatment of municipal solid waste flue gas with spraying slaked-lime slurry

長田 容*; 広田 耕一; 須藤 雅弘*; 馬場 重和*; 渋谷 栄一*; 土井 猛*; 中島 道博*; 小宮 幹久*; 宮島 清則*; 宮田 定次郎; et al.

Radiation Physics and Chemistry, 45(6), p.1021 - 1027, 1995/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:59.2(Chemistry, Physical)

都市ごみ焼却施設からの排煙中のNOx,SO$$_{2}$$,HClを電子ビーム照射技術を用いて同時に除去するためのパイロット試験を実施中である。ごみ焼却施設からの排煙1,000Nm$$^{3}$$/時を電子ビーム照射容器に導入し、消石灰のスラリーをスプレーしながら電子ビームを照射する。400ppmHClと50ppmSO$$_{2}$$は、消石灰のスラリーをスプレーすることによってほぼ完全に除去され、また、100ppmNOxは、消石灰スラリーをスプレーしながら電子ビーム照射することによって、150$$^{circ}$$Cで10kGyで約20ppmにまで除去することができた。

論文

都市ごみ燃焼排煙の電子線処理

徳永 興公; 中島 道博*; 土井 猛*

放射線と産業, 0(58), p.15 - 19, 1993/00

我国の約70%の都市ごみを処理しているごみ燃焼施設から出る排煙の中には、有害な窒素酸化物、硫黄酸化物、塩化水素が含まれており、これらは何らかの方法で除去する必要がある。原研、松戸市、NKKはこれら有害物質を電子ビーム照射で除去するためのパイロット試験を実施しており、これまでにすでに有望な成果が得られている。本論文においては、電子ビーム排煙処理プロセスの概要と特徴について述べるとともに、パイロットプラントの概要、得られた結果についても述べる。消石灰と水の混合物をスプレーしながら電子ビーム照射を行った場合、100ppmNOx、50ppmSO$$_{2}$$、350ppmHClは、150$$^{circ}$$C、20kGyにおいて、それぞれ20ppmNOx、~0ppmSO$$_{2}$$~0ppmHClに低減した。

論文

Pilot-plant for NOx,SO$$_{2}$$ and HCl removal from flue-gas of municipal waste incinerator by electron beam irradiation

土井 猛*; 長田 容*; 森重 敦*; 徳永 興公; 宮田 定次郎; 広田 耕一; 中島 道博*; 古宮 幹久*; 宮島 清則*; 馬場 重和*

Radiation Physics and Chemistry, 42(4-6), p.679 - 682, 1993/00

原研高崎研で行った小規模試験を用いた試験によって、電子ビーム照射によって都市ごみ燃焼排煙中のNO$$_{x}$$,SO$$_{2}$$,HClを効率よく除去できることが示された。この試験結果をふまえて、最大電圧0.95MV、最大出力15kWの電子加速器を用いたパイロット試験を実施することとした。パイロットプラントは松戸市クリーンセンターに建設した。ごみ焼却炉からの排煙30,000Nm$$^{3}$$/hの1,000Nm$$^{3}$$/hをパイロットプラントに導入し、消石灰スラリー又は粉末状消石灰を添加しながら電子ビーム照射を行う。本論文では、パイロットプラントについて概略を述べるとともに得られた結果について述べる。

論文

Pilot-plant for NO$$_{x}$$, SO$$_{2}$$, and HCl removal from flue-gas ofmunicipal waste incinerator by electron beam irradiation

土井 猛*; 長田 容*; 森重 敦*; 徳永 興公; 宮田 定次郎; 広田 耕一; 中島 道博*; 古宮 幹之*; 宮島 清則*; 馬場 重和*

Radiation Physics and Chemistry, 42(4-6), p.679 - 682, 1993/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:56.02(Chemistry, Physical)

都市ごみ燃焼排煙を電子ビーム照射で処理するためのパイロットプラントを松戸市クリーンセンターに建設し、実際の排煙を用いた試験を開始した。本報告では、パイロットプラントの概要、その性能について述べるとともに試験計画及び得られた結果について報告する。1,000Nm$$^{3}$$/hrのスプリットガスを400~950keVのエネルギーの電子で消石灰スラリーの共存下で照射することにより、排煙中のSO$$_{2}$$,NO$$_{x}$$及びHClを同時に除去することができる結果が得られている。

論文

Pilot-plant for NO$$_{x}$$, SO$$_{2}$$, HCl removal from flue-gas of municipal waste incinerator by electron beam irradiation

土井 猛*; 須田 昇一*; 森重 敦*; 徳永 興公; 青木 康; 佐藤 章一; 古宮 幹久*; 橋本 信男*; 中島 道博*

Proceedings of the International Conference on Evolution in Beam Applications, p.482 - 485, 1992/00

電子ビーム照射による都市ごみ燃焼排煙処理のパイロット試験を計画した。この試験計画においては、実際の排煙の一部1,000Nm$$^{3}$$/hを900keVの電子ビームで、消石灰スラリーを粉霧しながら照射し、そのときの脱硝、脱塩化水素及び脱硫性能を調べるとともに、長時間運転により本プロセスの技術の実証を行う。

口頭

Laser electron acceleration study at JAEA

神門 正城; 森 道昭; 大東 出; 林 由紀雄; Chen, L.-M.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 小瀧 秀行; 中島 一久; 大道 博行; et al.

no journal, , 

原子力機構での高強度レーザーとプラズマの相互作用により発生する電子加速研究について報告する。われわれは、最近、3TW, 70fsのチタンサファイアレーザーをプラズマ中に集光させる実験を行った。真空中でのレーザーの集光強度は、9$$times10^{17}$$W/cm$$^2$$と低いが、レーザーのパルス幅がプラズマ波長よりも長い領域で、中心エネルギー20MeVの準単色(エネルギー拡がり$$sim$$20%)の電子ビームの発生を観測した。また、エネルギーと同時に垂直方向の空間拡がりも同時に計測し、角度拡がり5mradの発散角の小さいビームが再現可能であることを見いだした。この準単色電子ビームの電荷量は、0.8pCであった。発散角から見積もった規格化エミッタンスは、0.7$$pi$$mm-mradであった。また、レーザーパワーを20TWに上げた場合の電子発生実験を準備しており、その進捗状況についても報告する。

口頭

f/13光学系によるTW級Ti:Saレーザーを用いた20MeV級準単色電子ビーム発生

森 道昭; 神門 正城; 大東 出; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 中島 一久*; Bulanov, S. V.; 大道 博行; et al.

no journal, , 

2005年8月に行った準単色電子ビーム発生の実験と、その後に行ったコンピューターシミュレーションについて講演する。実験では、パルス幅70fs・ピーク出力3TWのレーザー光をf/13(f=650mm)の軸外し放物面鏡でスケール長600$$mu$$mのHeガスジェット上に集光・照射し、自己変調型レーザーウェーク場粒子加速領域における被加速電子のスペクトルを調べた。その結果、準単色ビームのエネルギーの19.6MeV・半値全幅4.0MeV・Yield 0.8pC/shotの準単色のスペクトル構造を持った電子が発生していることがわかった。さらにその後行ったコンピューターシミュレーションで、この20MeV準単色電子線ビーム発生には、レーザープラズマ不安定性(前方誘導ラマン散乱)の成長と、加速媒体であるプラズマ波の崩壊がメインメカニズムであることがわかった。

口頭

a$$_{0}$$=0.6における準単色電子線ビーム発生

大東 出; 森 道昭; 神門 正城; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 中島 一久*; Bulanov, S. V.; 大道 博行; et al.

no journal, , 

レーザープラズマ電子加速の研究は、近年大きな進展を遂げ、さらに応用をめざし精力的に研究がなされている。本研究では、日本原子力研究開発機構のJLITE-Xレーザーからのパルス幅70fs, ピーク出力3TWのレーザー光をf/13(f=650mm)の軸外し放物面鏡により、厚さ600umのHeガスジェット上に集光・照射し、自己変調型レーザーウェーク場粒子加速で得られた加速電子のスペクトルを調べた。電子線スペクトルの測定は電磁石,永久磁石で構成した電子スペクトロメーター(ESM)を用いて、イメージングプレート、もしくは蛍光板を用い、単一ショットごとの電子ビームの測定を行った。標的の電子密度の最適化を行うことにより、電子密度が5.0$$times$$10$$^{19}$$cm$$^{-3}$$ときに得られた準単色電子線ビームのエネルギーは約20MeV、発散角は約4.7mrad(全角)であった。

口頭

Characteristics of quasi-monoenergetic electron beam produced by 3 TW, 70 fs laser

神門 正城; 森 道昭; 大東 出; 林 由紀雄; Chen, L.-M.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 小瀧 秀行; 中島 一久; 大道 博行; et al.

no journal, , 

3TW, 70fsのチタンサファイアレーザーを長焦点距離のパラボラミラー(f/13)を用いてガス中に集光する実験を行った。レーザーの最適化により、電子のエネルギースペクトルに通常のMaxweill分布のような拡がりではなく、変調された構造を観測した。さらにプラズマ密度を調整することにより、空間的にコリメートされ、かつ、準単色の構造を持つ電子ビームが生成されることを発見した。使用したレーザー光の強度は、9$$times$$10$$^{17}$$W/cm$$^2$$であり、これは現在までで準単色電子を発生できるレーザー強度としては世界最小である。発生した電子ビームは、中心エネルギー20MeV,エネルギー拡がり20%,拡がり角度が半値全幅で7.5mradであった。2次元の粒子シミュレーションによって自己変調型レーザー航跡場の波の破壊によって電子がプラズマ波に捕捉されることが確認され、また電子のエネルギーの密度依存性について定性的によい一致をした。

口頭

カウンタークロスオプティカルインジェクションを用いたレーザー加速電子ビームの安定化

小瀧 秀行; 大東 出; 林 由紀雄; Ma, J.-L.; Chen, L. M.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; 福田 祐仁; 本間 隆之; Pirozhkov, A. S.; et al.

no journal, , 

高強度レーザーで励起されるプラズマウェーク場によって小型の高品質電子ビーム源をつくることが可能となる。しかし、1パルスの場合、電子のトラップと加速を同一のレーザーパルスで行うため、安定領域が非常に狭く、電子の発生が不安定になってしまう。そこで、2パルス衝突型の高品質電子ビーム発生を行った。3TW, 70fsのチタンサファイアレーザーを用いて、衝突角45$$^{circ}$$での2パルスクロスでの高品質電子ビーム発生実験を行った。この実験により、ピークエネルギー14MeV,エネルギー分散11%,電荷量22pC,規格化エミッタンス1.6$$pi$$mm mrad,単色電子の発生率50%で高品質電子ビーム発生に成功した。2パルスの使用により、ウェーク場への電子トラップと加速とが分離でき、レーザーやプラズマ密度等のパラメーターを最適化することにより安定な高品質電子ビーム発生が可能であることを示した。

口頭

Improvement of the stability of laser accelerated electron beam using counter crossing laser pulses

小瀧 秀行; 大東 出; 林 由紀雄; Ma, J.-L.; Chen, L. M.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; 福田 祐仁; 本間 隆之; Pirozhkov, A. S.; et al.

no journal, , 

Laser-driven accelerators have been conceived to be the next-generation particle accelerators, promising ultrahigh field particle acceleration with a very short duration electron beam. In the case of electron beam generation by using one laser pulse, however, it is not stable. In order to generate a stable high-quality electron beam, optical injection by collision of two laser pulses is proposed. The counter-crossing injection by two sub-relativistic laser pulses collision with the colliding angle of 45 degrees is demonstrated. The collision of two laser pulses generates a high-quality electron beam with high repeatability. The generated monoenergetic electron beam has 14.4 MeV of the peak energy, 10.6% of the energy spread, 21.8 pC of the charge, and 47.4% of the reproducibility.

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