Experimental verification of laser photocathode RF gun as an injector for a laser plasma accelerator

上坂 充*; 木下 健一*; 渡部 貴宏*; 菅原 淳*; 上田 徹*; 吉井 康司*; 小林 鉄也*; Halz, N.*; 中島 一久; 酒井 文雄*; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 28(4), p.1133 - 1142, 2000/08

https://doi.org/10.1109/27.893293

レーザープラズマ加速の入射器として、フォトカソード高周波電子銃の研究を行った。16MeVの電子ビームエネルギー、6mm.mradのエミッタンス、240フェムト秒のパルス幅、1バンチあたり350ピコクーロンの電荷を得ることができた。フェムト秒の電子パルス波形計測手法としては、フェムト秒ストリークカメラ、コヒーレント遷移放射干渉法、マイケルソン干渉計、遠赤外線ポリクロメーターを使用した。それにより、200フェムト秒以上のパルス幅においてはストリークカメラが最も信頼性が高く、短いパルス幅においてはポリクロメーターが一番よかった。フォトカソード高周波電子銃用のYLFレーザーと電子ビームとの同期においては、3.5ピコ秒を成し遂げた。これらに基づき、より同期のよい、カーレンズモードロックのTi:Sapphireレーザーを導入した。これにより、タイミングジッターは320フェムト秒まで下がった。

Short pulse X-ray generation via backward Thomson scattering on relativistic electron beam

小瀧 秀行; 中島 一久*; 神門 正城*; 出羽 英紀*; 近藤 修司; 酒井 文雄*; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 中西 弘*; 吉井 康司*; et al.

Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.565 - 567, 1999/00

極短パルスX線は、物理、化学、医学等さまざまな分野での応用が考えられており、世界中で研究が行われている。250mJのTi:SapphireレーザーとPhotocathode RF-Gunからの20MeVの電子ビームを使い、後方トムソン散乱による極短パルスX線発生の実験を行った。Photocathode RF-Gunからの電子ビームを、バンチ圧縮シケインを使ってバンチ圧縮し、それにより、lnC,500fsの電子ビームの発生に成功した。サブピコ秒の電子ビームとTi:Sapphireレーザーとを用いて、後方トムソン散乱によりサブピコ秒のX線を発生させた。レーザーと電子ビームの衝突のタイミングや、衝突点でのレーザーのポジションを変化させ電子ビームをレーザーでスキャンし、X線シグナルの測定を行い、後方トムソン散乱によるX線であることを確認した。

Recent progress of laser wakefield acceleration experiments at KEK/U.Tokyo/JAERI

中島 一久; 中西 弘*; 小方 厚*; 原野 英樹*; 上田 徹*; 上坂 充*; 渡部 貴宏*; 吉井 康司*; 出羽 英紀; 細貝 知直; et al.

Proceedings of 6th European Particle Accelerator Conference (EPAC98) (CD-ROM), p.809 - 811, 1998/01

光量子科学センターレーザー加速研究グループは高エネルギー加速器研究機構、東京大学原子力工学施設と共同でテーブルトップテラワットレーザーを用いたレーザー航跡場加速実験を実施し、17MeVの電子ライナックからのビームをピーク出力2TWパルス幅90fsのレーザーパルスによる航跡場において200MeV以上まで加速することに成功した。またこれを裏付ける航跡場の直接測定矢レーザーパルスの自己チャネリングの観測にも成功しており加速実験結果と良い一致を示している。さらにレーザー加速実験の高度化のためのフォトカソード電子銃を用いた高品質電子源の開発、高精度エネルギー測定のためのエマルジョン検出器を用いたスペクトロメーターの開発、高強度レーザーパルスの長距離伝播のためのキャピラリー放電プラズマ導波路の開発についても述べ、今後のレーザー加速実験計画について発表する。

A Short pulse X-ray generation via laser thomson scattering on relativistic electron beams

小瀧 秀行; 中島 一久*; 神門 正城*; H.Ahn*; 出羽 英紀*; 近藤 修司; 酒井 文雄*; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 中西 弘*; et al.

Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.449 - 451, 1997/00

短パルスのX線は、物理、化学、医療等、様々な分野への応用が考えられている。このトムソン散乱は、短パルスのX線の発生方法の1つである。90°トムソン散乱の場合、発生するX線のパルスは、電子ビームのサイズに依存し、電子ビームのサイズが小さいほど、短パルスのX線が発生する。2TWのTレーザーと17MeVの電子ビームを用いて、トムソン散乱によるX線の発生の実験を行った。X線のディテクタとして、シンチレータとX線ストリークカメラを用いた。シンチレータによるX線のシグナルは、ただ1つのタイミングにおいてのみあらわれた。次に、X線ストリークカメラによっての測定を試みた。しかし、X線をフォーカスしていなかったため、X線ストリークカメラに入るフォトン数が少なく、測定することができなかった。今後、パルス圧縮した電子ビームとレーザーとを正面衝突させることによるX線発生を計画している。これには、(1)タイミングジッターによる影響を減少させられる、(2)発生するX線のエネルギーが電子ビームとレーザーのエネルギーによって決定される、(3)X線のパルス幅が電子ビームのパルス幅によって決定されるという利点がある。

Laser Wakefield Acceleration Experiments

小瀧 秀行; 中島 一久*; 神門 正城*; H.Ahn*; 出羽 英紀*; 近藤 修司; 酒井 文雄*; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 中西 弘*; et al.

Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.513 - 515, 1997/00

プラズマ中に超短・大出力レーザーパルスを集光させると、レーザーの強いポンデラモーティブ力によってプラズマ電子がはじかれ、レーザーパルスの後にプラズマ波が励起される(レーザー航跡場)。この電場は10GV/m~100GV/mにも及び、従来の高周波加速の100MV/mよりもかなり大きな加速勾配が実現できる。この強い電場で粒子加速を行えば、大型化の一途をたどる最先端の高エネルギー加速器の小型化に貢献できる可能性がある。我々はTレーザーと呼ばれる小型の超短・大出力レーザー(典型的なパラメータは、100fs,2TW)と東大工学部原子力工学研究施設の電子線形加速器を同期させ、電子加速実験を行った。理論的に最も高いエネルギー利得が得られる共鳴密度(410cm)よりも高い密度において、100MeVを越えるエネルギー利得を得た。我々が加速実験に先立って行ったレーザーの伝播実験では回折限界を越えた伝播を示唆する結果を得ており、この高エネルギー利得はレーザーパルスがGaussian beamと異なる伝播をプラズマ中でしていることで説明できる。

燃料中心温度測定実験試料の燃焼度評価

河村 弘; 小向 文作; 酒井 陽之; 川又 一夫; 井澤 君江; 武石 秀世; 伊藤 忠春; 桜井 文雄; 小山田 六郎

JAERI-M 84-228, 61 Pages, 1984/12

JAERI-M-84-228.pdf:1.88MB

軽水炉燃料の安全性研究のために実施した実験で得た照射中のデータを補完し、さらに詳しく照射挙動を解析する上で、照射後試験によるFPガス分析、XMA観察、燃焼度測定等が重要になる。それらの試験結果の内、燃料度は燃料物性の評価上、特に重要な因子である。本研究ではJMTRでの燃料中心温度測定実験で用いた燃料棒から切断採取したUOペレット片について線スペクトル測定と化学分析(試料UOペレット片を溶解した後、U量及びCs量を定量し、燃焼度を算出すること)を行ない、各々から得たCs/Cs比と燃料度との相関を調べた。その結果、両者が7%の標準偏差内で直線相関していることを明らかにし、両者の相関式を求めた。また、上記線スペクトル測定により求めたFP核種の放射能と燃焼計算コードORIGENにより求めたFP核種の放射能とが、Ceを除いて10%の誤差範囲内で一致していることを確認した。