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Zhidkov, A.*; 益田 伸一*; Bulanov, S. S.*; Koga, J. K.; 細貝 知直*; 児玉 了祐*
Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(5), p.054001_1 - 054001_7, 2014/05
被引用回数：11 パーセンタイル：60.34(Physics, Nuclear)Nonlinear cascade scattering of intense tightly focused laser pulses by relativistic electrons is studied numerically including the classical radiation damping. The electron energy loss, along with its side scattering by the ponderomotive force makes the scattering in the vicinity of high laser field nearly impossible at high electron energies. The use of a second co-propagating laser pulse as a booster is shown to solve this problem.
水田 好雄*; 細貝 知直*; 益田 伸一*; Zhidkov, A.*; 牧戸 啓悟*; 中新 信彦*; 梶野 祥平*; 西田 明憲*; 神門 正城; 森 道昭; et al.
Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 15(12), p.121301_1 - 121301_10, 2012/12
被引用回数：21 パーセンタイル：72.39(Physics, Nuclear)Laser wakefield acceleration is capable of generating electron bunches with high quality: quasi-monoenergetic, low in emittance, and a very short duration of the order of ten femto-seconds. Such femtosecond bunches can be used to measure ultrafast phenomena. We conducted experiments for controllable electron bunch generation. Short-lived, 
10 ps, deep plasma channels, with their lengths of 1 mm and diameters of 20 
m, are observed and characterized in Ar gas jets irradiated by moderate intensity, 10
W/cm
, laser pulses with a duration from subpicosecond to several picoseconds. The channels, upon 2D particle-in-cell simulations including ionization, fit well in the guiding of high intensity femtosecond laser pulses and, therefore, in laser wakefield acceleration with a controllable electron self-injection.
福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 林 由紀雄; 本間 隆之; 井上 典洋*; 神門 正城; 金沢 修平; 桐山 博光; 近藤 修司; et al.
Physics Letters A, 363(2-3), p.130 - 135, 2007/02
高強度レーザー励起航跡場による電子加速は、レーザープラズマ加速器の原理検証や極短パルスX線源開発にとって重要な役割を果たしている。最近、準単色の電子発生が報告され注目を浴びているが、電子注入過程のコントロールによる準単色電子のエネルギー制御と安定化が今後の研究課題となっている。本研究では、強光子場中でのクラスター媒質を用いた電子加速実験を行い、レーザープラズマ加速におけるクラスターの役割について調べた。その結果、クラスター媒質を用いて初めて、指向性を有する相対論電子の発生に成功した(最大エネルギー=58MeV)。電子エネルギー分布は、温度の異なる2つの成分から構成されている。2D-PICシミュレーションによる解析から、高エネルギー成分を構成する電子は、レーザー光との相互作用によってクラスターから生成した電子が、レーザー光に注入され、その後、レーザー光によって直接加速されて生成したものであることが明らかとなった。
神門 正城; 益田 伸一; Zhidkov, A.*; 山崎 淳; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 本間 隆之*; 金沢 修平; 中島 一久; 林 由紀雄; et al.
Physical Review E, 71(1), p.015403_1 - 015403_4, 2005/01
被引用回数：33 パーセンタイル：77.37(Physics, Fluids & Plasmas)現在まででは最短のパルス幅(23fs)で相対論的な高出力(20TW)のレーザーを、不足密度プラズマ中に強く集光する実験を行った。プラズマ密度が10
cm
の領域で、MeVを越えるエネルギーの電子の発生を確認した。このMeV電子は、2温度分布をしており、シミュレーションの結果から、波の破砕機構の違いから生じていると考えられる。高温部の電子は、レーザーのプリパルスにより作られるプラズマ密度のキャビティー部での速い入射により形成され、パルス幅はフェムト秒であり、一方、低温部の電子は相対論的強度による波の破壊により加速されたもので、ピコ秒のパルス幅を持つことがわかった。
益田 伸一; 神門 正城; 小瀧 秀行; 中島 一久
Physics of Plasmas, 12(1), p.013102_1 - 013102_6, 2005/01
被引用回数：22 パーセンタイル：58.03(Physics, Fluids & Plasmas)ガウス型(TEM
)のレーザービームによる電子の散乱について数値計算による詳細な解析を行った。レーザーを強く集光した場合、レーザーの持つ縦方向の電磁場を取り入れることが重要である。われわれは今回、相対論的なレーザー動重力加速法において縦方向電磁場を考慮し、電子が横方向に集束されることを発見した。この場合、加速される電子のエミッタンスは横・縦方向ともに小さく、バンチ長もフェムト秒を切る短いものが得られた。
小瀧 秀行; 益田 伸一; 神門 正城; 近藤 修司; 金沢 修平; 本間 隆之; 中島 一久
Quantum Aspects of Beam Physics 2003, p.119 - 124, 2004/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0.4(Astronomy & Astrophysics)高強度レーザーからの高強度電子ビーム発生の可能性について研究した。高強度レーザーパルスは、プラズマ中にウェーク場を発生させる。周波数干渉計測(FDI)によって、2TW,50fsレーザーによるガスジェットプラズマ中のコヒーレントウェーク場は測定されている。この測定により高エネルギー勾配の20GeV/mのウェーク場を測定した。これにより、ガスジェットプラズマ中のウェーク場を初めて観測した。この結果をシミュレーションと比較し、よく一致した。この周波数干渉計測システムは、高エネルギー電子発生システムにモディファイすることができる。1D PICシミュレーションにより、これについての高エネルギー電子発生のシミュレーションを行った結果、高品質の電子ビーム発生を確認した。これにより、高エネルギー高品質電子ビーム発生の可能性を示唆することができた。
小瀧 秀行; 益田 伸一; 神門 正城; Koga, J. K.; 中島 一久
Physics of Plasmas, 11(6), p.3296 - 3302, 2004/06
被引用回数：100 パーセンタイル：93.56(Physics, Fluids & Plasmas)レーザートリガーによる極端パルス電子発生は、オプティカルインジェクションとして知られている。高品質の電子ビームを発生させるため、2つのレーザーパルスの衝突型のオプティカルインジェクションについて研究した。これについての理論解析及び粒子シミュレーションを行い、数%という低エネルギー分散で10fsの超短パルス、1mm mrad以下の低エミッタンスの高品質電子ビーム発生を見いだした。この理論解析とシミュレーション結果は非常によく一致し、これにより、高エネルギー高品質電子ビーム発生の可能性を示唆することができた。
神門 正城; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 金沢 修平; 益田 伸一; 本間 隆之; 中島 一久
Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.135 - 137, 2003/08
われわれはレーザー航跡場加速の実証のために高品質入射装置としてフォトカソードRF電子銃とrace-track型マイクロトロン(以下、RTM)を組合わせた加速器を整備してきた。レーザー航跡場加速実験は今年度末に計画されている。フォトカソードマイクロトロンに関する最近の研究として、種々の電子プロファイルモニタの比較,フォトカソードマイクロトロンの暗電流計測,運転時の放射線量分布測定,検出器試験,入射系の真空系への質量分析計の導入,冷却水温度安定化がある。本発表では、フォトカソードマイクロトロンシステムの概要と新しい制御システムの構築,プロファイルモニタ試験について述べる。さらに今後の課題として、ビーム電流安定化のために冷却水温度安定化のための改造を検討中及びレーザー加速のための同期システムを紹介する。
小瀧 秀行; 神門 正城; 細貝 知直; 近藤 修司; 益田 伸一; 金沢 修平; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久
International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 14(1-4), p.255 - 262, 2003/03
現在の加速器では、高周波加速が多く利用されているが、この高周波をレーザーに変えることにより、加速勾配が100~1000倍となり、レーザー加速は加速器小型化の可能性を秘めている。最近、高強度レーザーを用いたレーザー加速が世界中で注目されており、100MeVを超えるエネルギーゲインが実証されている。原研では、フォトカソードRFガンを電子源としたマイクロトロンを高品質電子ビーム源として使用し、これを100TW20fsレーザーで加速する。プラズマ波長は数百フェムト秒と短いため、効率よく加速を行うには、超短パルス電子ビームが必要となる。超短パルス電子ビームの生成及びフェムト秒オーダーでの高精度のレーザー電子ビーム周期には、逆自由電子レーザーとシケインマグネットによるバンチスライスを行う。また、加速長を長くするため、プラズマ光導波路を使用し、cm長の加速を行う。これらを組み合わせ、1GeVの加速を目指す。フォトカソードRFガンとマイクロトロンの性能について、さらに逆自由電子レーザーやプラブマ光導波路の計画を発表する。
神門 正城; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 金沢 修平; 益田 伸一; 本間 隆之; 中島 一久
Proceedings of 27th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.148 - 150, 2002/08
日本原子力研究所関西研究所光量子科学研究センターにて稼働中のフォトカソードRF電子銃の銅カソードの量子効率は1
10
と同型の電子銃で計測した最高値1.410
よりも低い値となっている。このため、量子効率の改善を目的として、カソード面の再研磨作業を行った。研磨前にカソード面を観察したところ、放電痕によると思われる傷を発見した。これを切削加工,ダイヤモンド微粒子による研磨作業で取り除き、取り付け後にビーム測定を行った。量子効率に関しては現在までのところ、目立った改善は図れなかったが、電界放出暗電流は研磨前に比べて半分以下の8.4nAと低減された。これにより実効的にビームと暗電流のS/Nは2倍以上に改善された。また、レーザー入射位置による量子効率の変動が、2倍程度あることが初めて観測された。
小瀧 秀行; 神門 正城; 桶田 隆継; 益田 伸一; Koga, J. K.; 近藤 修司; 金沢 修平; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久
Physics of Plasmas, 9(4), p.1392 - 1400, 2002/04
被引用回数：47 パーセンタイル：79.49(Physics, Fluids & Plasmas)高強度レーザーをガス中に集光すると、レーザーの動重力により電子振動(航跡場)が起こる。これは非常に強い電界をもっており、これにより荷電粒子の加速が可能である。これを加速器に応用することかできれば、現在の高周波加速器に比べコンパクトで高エネルギーの加速器を作ることが可能となる。この航跡場をコントロールするためには、この電界や位相の測定ができなければならない。さらに、高強度レーザーの伝播には、レーザーラインを真空にする必要があり、そのためプラズマ源はガスジェットによってつくる必要がある。まず最初、ガスジェットの密度分布の時間変化をマッハツェンダー干渉計を用いて測定した。この測定により、ガスの密度分布は、ガスジェットノズルからの距離が1.5mmの位置において、背圧10気圧のヘリウムの場合、ガス密度が3.510
(プラズマ密度で710)になることがわかった。この結果より、周波数干渉計を用いて、ノズルからの位置を1.5mm,ガスジェットの背圧10気圧のときの、ガスジェット中に集光したレーザーによるプラズマ振動の測定を行い、ここから電界を求めた。20GeV/m以上の高電界の発生を確認した。この結果は、航跡場の線型理論に非常によく一致した。ガスジェットを用いての測定は世界で初めてのことである。ガスジェットのガス密度測定及びガスジェットでのプラズマウェーク測定について報告する。
神門 正城; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 金沢 修平; 益田 伸一; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久
Proceedings of 26th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.132 - 134, 2001/08
日本原子力研究所関西研究所光量子科学研究センターに建設されたフォトカソード・マイクロトロンの第一期のビーム試験の結果を報告する。ビーム性能は、電荷量91pC,エミッタンス10
mm-mrad,パルス幅10ps,ジッター5.5psが達成された。現在は1GeVレーザー加速に向けての電子ビームライン改造を進めているが、その進捗状況も報告する。また、1GeVレーザー加速実験計画の概要についても報告する。
益田 伸一; 神門 正城; 小瀧 秀行; 細貝 知直*; 近藤 修司; 金沢 修平; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久
Proceedings of 13th Symposium on Accelerator Science and Technology, 3 Pages, 2001/00
原研関西において、100TWレーザーを用いたレーザー航跡場加速器実験が計画されている。高速Zピンチキャピラリ放電によるプラズマ導波路の開発は、加速長をかせぐために重要な課題の一つである。これまでに、われわれは2cm長のプラズマ導波路を開発し、レーザーの導波実験に成功した。現在、1GeVレーザー加速実験のための10cm長のプラズマ導波路を開発中である。開発状況とPICシミュレーションの結果について報告する。
小瀧 秀行; 神門 正城; 近藤 修司; 益田 伸一; 金沢 修平; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久
Proceedings of 13th Symposium on Accelerator Science and Technology, 3 Pages, 2001/00
高周波での加速をレーザーに変えることにより、加速勾配が1001000倍となり、レーザー加速は加速器小型化の可能性を秘めている。日本原子力研究所では、フォトカソードRFガンを電子源としたマイクロトロンを高品質電子ビーム源として使用し、これを100TW 20fsレーザーが加速する。効率よく加速を行うには、超短パルス電子ビーム,フェムト秒オーダーでの高精度の同期,レーザーの長距離伝播等を必要である。これらの要素技術及び組合せることによる高効率のレーザー加速,ガスジェットによるガス密度分布の測定や周波数干渉法によるレーザープラズマ航跡場の測定等、レーザー加速のための基礎実験について発表する。
小瀧 秀行; 益田 伸一*; 神門 正城; 近藤 修司; 金沢 修平; 本間 隆之; 中島 一久
no journal, ,
レーザープラズマ相互作用による準単色エネルギー電子ビーム発生が世界中で研究されており、最近、幾つかの実験データが出始めているが、発生機構についてはわかっておらず、安定な電子ビーム発生はできていない。われわれは、シングルレーザーパルスにおける単色エネルギー電子ビーム発生についての、理論的研究及び粒子シミュレーションによる研究,実験研究を行い、それぞれが非常によく一致した。単色エネルギーの電子ビームを発生させるには、プラズマ中の電子のトラップと加速の機構を分離する必要がある。レーザートリガーによる電子トラップは、オプティカルインジェクションとして知られている。しかし、現在、提唱されている方法は、実験が難しく成功していない。高強度レーザーからの高強度電子ビーム発生の可能性について研究した。高強度レーザーパルスとプラズマとの相互作用により、プラズマ中の電子を電子ビームとして取り出すことが可能である。このとき、レーザーを2パルスを衝突させることで、高品質の電子ビーム生成が可能となる。理論解析を行い、さらに1D PICシミュレーションにより、これについての高エネルギー電子発生のシミュレーションを行った結果、高品質の電子ビーム発生を確認した。この理論解析とシミュレーション結果は非常によく一致した。これにより、高エネルギー高品質電子ビーム発生の可能性を示唆することができた。
福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 桐山 博光; 山川 考一; 森 道昭; 神門 正城; 小瀧 秀行; 益田 伸一*; Echkina, E. Yu.*; et al.
no journal, ,
相対論的強レーザー場(
W/cm)とArクラスターとの相互作用により、指向性(エミッタンス=0.4mm mrad)を有する相対論電子(最大エネルギー58MeV,総電荷=2nC)の発生に成功した。30MeV以上の高エネルギー電子は、クラスターとレーザー光との相互作用によって注入され、その後、レーザー光によって直接加速され生成したものであることが、PICシミュレーションによる解析から明らかとなった。
小瀧 秀行; 益田 伸一*; 神門 正城; Koga, J. K.; 近藤 修司; 金沢 修平; 本間 隆之; 中島 一久
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。近年、高強度レーザーとプラズマとの相互作用による高品質電子ビーム発生実験の結果が出てきている。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、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について、理論解析及び数値シミュレーションにより検討を行った。ポンプパルスとインジェクションパルスの2パルスが衝突するときにできる定在波によりプラズマ中の電子が加速されウェーク場へトラップされる。レーザーの強度変化とプラズマ密度の変化に関して調べ、理論解析とシミュレーションで一致した結果が得られた。これらにより、ポンプパルスで安定なウェーク場を発生させ(セルフトラップなし)、インジェクションパルスがウェーク場を破壊しない強度で十分大きい領域において、安定な高品質電子ビームが発生することを見いだした。この2パルス衝突により、エネルギー10メガ電子ボルト程度、エネルギー分散数%の高品質電子ビーム発生が可能となる。発生電子ビームのパルス幅は、ウェーク場により圧縮されるため、10フェムト秒以下の超短パルス電子ビームの生成が可能となる。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、及びその実証のための指針を示した。
福田 祐仁; 赤羽 温; 林 由紀雄; 本間 隆之; 井上 典洋*; 神門 正城; 金沢 修平; 桐山 博光; 近藤 修司; 小瀧 秀行; et al.
no journal, ,
高強度レーザー励起航跡場による電子加速は、レーザープラズマ加速器の原理検証や極短パルスX線源開発にとって重要な役割を果たしている。最近、準単色の電子線発生が報告され注目を浴びている。従来、これら研究はヘリウムなどのガスターゲットを用いて行われてきた。本研究では、クラスターターゲットを用いた相対論電子線発生実験を行い、レーザープラズマ加速におけるクラスターの役割について調べた。その結果、相対論的強レーザー場(3.510
W/cm)とアルゴンクラスターとの相互作用により、指向性(エミッタンス=0.4 mm mrad)を有する相対論電子(最大エネルギー=58MeV, 総電荷=2.1nC)の発生に成功した。PICシミュレーションによる解析から、30MeV以上の高エネルギー電子は、クラスターとレーザー光との相互作用によって注入され、その後、レーザー光によって直接加速され生成したものであることがわかった。
小瀧 秀行; 益田 伸一*; 神門 正城; 大東 出; 林 由紀雄; Koga, J. K.; 近藤 修司; 金沢 修平; 本間 隆之; 中島 一久; 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。これに関しての理論解析と粒子シミュレーションにより、一致した結果が得られ、2パルス衝突による安定な高品質電子ビーム発生を示した。発生電子ビームのパルス幅は、ウェーク場により圧縮されるため、10フェムト秒以下の超短パルス電子ビームの生成が可能となる。これらの結果を元に、3TW, 70fsのチタンサファイアレーザーを用いて、衝突角45
での2パルス衝突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、2パルス衝突での15MeVの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。
