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余語 覚文*; Lan, Z.*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; Mirfayzi, S. R.*; Wei, T.*; 森 隆人*; Golovin, D.*; 早川 岳人*; 岩田 夏弥*; et al.
Physical Review X, 13(1), p.011011_1 - 011011_12, 2023/01
被引用回数：3 パーセンタイル：88.42(Physics, Multidisciplinary)Neutrons are powerful tools for investigating the structure and properties of materials used in science and technology. Recently, laser-driven neutron sources (LDNS) have attracted the attention of different communities, from science to industry, in a variety of applications, including radiography, spectroscopy, security, and medicine. However, the laser-driven ion acceleration mechanism for neutron generation and for establishing the scaling law on the neutron yield is essential to improve the feasibility of LDNS. In this paper, we report the mechanism that accelerates ions with spectra suitable for neutron generation. We show that the neutron yield increases with the fourth power of the laser intensity, resulting in the neutron generation of 
in 
at a maximum, with 
Wcm
, 900 J, 1.5 ps lasers. By installing a "hand-size" moderator, which is specially designed for the LDNS, it is demonstrated that the efficient generation of epithermal (0.1-100 eV) neutrons enables the single-shot analysis of composite materials by neutron resonance transmission analysis (NRTA). We achieve the energy resolution of 2.3% for 5.19-eV neutrons 1.8 m downstream of the LDNS. This leads to the analysis of elements and isotopes within sub-
s times and allows for high-speed nondestructive inspection.
岸本 泰明; 杉山 裕一*; 岩田 夏弥*; 内田 智之*; 福田 祐仁
no journal, ,
原子力機構関西光科学研究所の福田らが行ったクラスターターゲットを用いたイオン加速実験を再現することを目的に、原子・衝突緩和過程を取り入れた粒子コード(EPIC3D)を用いて、ヘリウム背景ガス中での炭素クラスター媒質と高強度レーザーとの相互作用シミュレーションを行い、クラスター媒質中でのレーザーの伝播・吸収特性、粒子加速特性の詳細について解析した。その結果、(1)クーロン爆発による炭素イオンの加速、(2)クーロン爆発電場による背景ヘリウムイオンの圧縮・加速、媒質裏面近傍に形成される(3)磁気渦、及び、(4)シーズ電場による加速、などが多段的・相乗的に起こり、その結果、裏面から指向性を持った高エネルギーイオンが生成されることが示された。
岸本 泰明; 杉山 裕一*; 岩田 夏弥*; 内田 智之*; 福田 祐仁
no journal, ,
原子・衝突緩和過程を取り入れた粒子コード(EPIC3D)を用いて、原子力機構関西光科学研究所の福田等が行った実験と同じパラメータ領域において、高強度レーザーに照射されたC(炭素)及びCO
クラスターのダイナミックスを解析した。相互作用は、クラスターの平均半径、空間充填率、その条件下でのクラスターのランダムな確率配置などに依存した期待値として与えられ、実験と同レベルの高エネルギーイオンの生成が観測された。クラスターの崩壊に伴い、揺らぎレベルの高い分布が臨界密度近傍で生成され、興味深いレーザー伝播・吸収及び電磁波放射特性を示すことが明らかとなった。
岸本 泰明; 杉山 裕一*; 岩田 夏弥*; 内田 智之*; 福田 祐仁
no journal, ,
近年、医療応用等を目的に、レーザーとクラスターとの相互作用を利用した高エネルギー粒子加速が注目されている。原子力機構関西光科学研究所の福田等は、HeとCOの混合高圧ガスの噴霧によって直径が数100nmに及ぶクラスターが生成され、そのようなクラスター媒質に高強度レーザーを照射する と、核子あたり10-20MeVに及ぶ高エネルギーイオンが発生すること、そのようなクラスター媒質中をレーザーは自己集束をしながら長距離伝播することなどを見いだしている。本研究では、原子・衝突緩和過程を取り入れた粒子コード(EPIC3D)を用いて、福田等と同じパラメータ領域において、高強度レーザーに照 射されたC(炭素)及びCOクラスターのダイナミックスを解析した。相互作用は、クラスターの平均半径、空間充填率、その条件下でのクラスターのランダムな確率配置などに依存した期待値として与えられ、実験と同レベルの高 エネルギーイオンの生成が観測された。クラスターの崩壊に伴い、揺らぎレベルの高い分布が臨界密度近傍で生成され、興味深いレーザー伝播・吸収及び電磁波放射特性を示すことが明らかとなった。
福田 祐仁; 松井 隆太郎*; 岩田 夏弥*; 岸本 泰明
no journal, ,
クラスターターゲットを用いたイオン加速のメカニズムを明らかにすることを目的に、原子・衝突緩和過程を取り入れた粒子コード(EPIC3D)を用いて、ヘリウム背景ガス中での炭素クラスター媒質と 高強度レーザーとの相互作用シミュレーションを行い、クラスター媒質中でのレーザーの伝播・吸収特性、粒子加速特性の詳細について解析した。その結果、(1)クーロン爆発による炭素イオンの加速、(2)クーロン爆発電場による背景ヘリウムイオンの圧縮・加速、媒質裏面近傍に形成される、(3)磁気渦、および、(4)シーズ電場による加速、などが多段的・相乗的に起こり、その結果、裏面から指向性を持った高エネルギーイオンが生成されることが示された。
福田 祐仁; 松井 隆太郎*; 岩田 夏弥*; 岸本 泰明
no journal, ,
近年のレーザー駆動イオン加速技術の進展により、数十MeVを超えるエネルギーのイオン発生が可能となってきている。我々は、クラスターターゲットの特性を上手く利用することで、高効率のイオン加速手法の開発に成功した。このクラスターターゲットと高強度レーザーとの相互作用の物理機構を明らかにするために粒子コードを用いたプラズマシミュレーションを実施した。その結果、いくつかの異なる加速メカニズムが複合的に組み合わさってイオン加速が実現されていることを見いだした。さらに、イオンの相対論領域では、クーロン爆発と融合した新しいイオン加速機構が発現することを見いだした。
福田 祐仁; 松井 隆太郎; 岩田 夏弥*; 岸本 泰明
no journal, ,
高強度レーザーとクラスター媒質との相互作用機構を明らかにするために、原子過程と緩和過程が考慮された相対論的3次元粒子コードを用い、二酸化炭素クラスターとヘリウムガスの系に対するシミュレーション研究を行った。その結果、(1)クラスターのクーロン爆発によるイオンの加速、(2)クーロン爆発により引き起こされた背景ヘリウムガスの圧縮と加速、(3)磁気渦の発生に伴う加速電場形成、(4)シース電場の形成、が相乗的に影響しイオン加速を実現していることが明らかとなった。
松井 隆太郎; 福田 祐仁; 金崎 真聡; 榊 泰直; 岩田 夏弥*; 近藤 公伯; 岸本 泰明*
no journal, ,
クラスター媒質(クラスターと背景ガスで構成)と高強度レーザーとの相互作用によるイオン加速実験において、背景ガスイオンが加速されていることを示す実験結果が得られた。本研究では、この実験を模擬した2次元PICコードシミュレーションを行い、背景ガスイオンの加速メカニズムについて調べた。その結果、背景ガスイオンがクラスターのクーロン爆発電場により圧縮を受けて加速されることを見出した。また、イオンが、相対論効果による非等方なクーロン爆発電場を受けて、レーザー進行方向に加速されていることを示唆する結果も得られた。
余語 覚文*; Mirfayzi, S. R.*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; 岩本 晃史*; 早川 岳人*; 小泉 光生; Golovin, D.*; 森 隆人*; Lan, Z.*; et al.
no journal, ,
大阪大学のLFEXレーザー施設において、大強度レーザーを用いたパルス中性子源(LDNS)の開発およびそれを利用した応用研究を進めている。レーザーは、パルス巾が1.5psで、最大出力は、1kJ(1.5
10
Wcmである。開発した中性子源は1cm程度の大きさで、数十マイクロメータに収束したレーザーをターゲットに照射し、それによって生成したMeVもの高速イオン(水素や重水素粒子)を直径5mmのベリリウムに当てて、核反応により中性子を生成するものである。中性子の生成量は、1ショットあたり10
で、この生成量は、入射エネルギーの4乗で増加することが分かった。さらに、生成した中性子を数cmの大きさのモデレータで減速させ、離れた位置に設置した中性子検出器により、中性子発生から検出までの飛行時間を測定するTOF測定を行った。試料を透過させて中性子の減衰を調べる実験を行った結果、核反応の共鳴による減衰の観測に成功した。
