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論文

Mie scattering from submicron-sized CO$$_2$$ clusters formed in a supersonic expansion of a gas mixture

神野 智史; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 金崎 真聡; 近藤 公伯; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; et al.

Optics Express (Internet), 21(18), p.20656 - 20674, 2013/09

 被引用回数:15 パーセンタイル:24.92(Optics)

三段コニカルノズルを流れる混合ガスジェット中でのクラスター形成に関する数学モデルを提唱した。これを実験的に検証するために、ターゲットからの散乱光の角度分布を測定するミー散乱法を用いてクラスターサイズを評価した。CO$$_2$$(30%)/H$$_2$$(70%)及びCO$$_2$$(10%)/He(90%)混合ガス中に形成されるCO$$_2$$クラスターの平均サイズは、それぞれ0.28$$pm$$ 0.03$$mu$$mと0.26$$pm$$0.04$$mu$$mであった。さらに干渉計を用いることによりガス密度を測定した結果、モデルと2倍以内で一致した。また、ドライネス($=モノマー/(モノマー+クラスター)$比)はモデルを支持する結果であった。このような実験結果により、クラスター形成の数学モデルが混合ガスに対して十分信頼できることが証明された。

論文

Characterization of submicron-sized CO$$_2$$ clusters formed with a supersonic expansion of a mixed-gas using a three-staged nozzle

神野 智史; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 金崎 真聡; 近藤 公伯; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; et al.

Applied Physics Letters, 102(16), p.164103_1 - 164103_4, 2013/04

 被引用回数:18 パーセンタイル:25.75(Physics, Applied)

ボルダレフモデルに基づいて設計された3段コニカルノズルを用いて、CO$$_2$$/He、あるいは、CO$$_2$$/H$$_2$$混合ガスの超音速膨張中に形成されるCO$$_2$$クラスターのサイズについて、光散乱の角度分布を測定することにより評価した。実験データは、ミー散乱理論を用いて解析し、CO$$_2$$クラスターのサイズについて、それぞれ、0.22$$mu$$mと0.25$$mu$$mと求まった。この結果は、ボルダレフモデルがミクロンサイズのクラスター生成に対して十分信頼できることを示している。

論文

The Spectra of the multicharged argon hollow ions; Observation, modeling and using for diagnostics of the early stage of the heating of clusters by a supper high contrast femtosecond laser pulses

Pikuz, T.; Faenov, A.*; Skobelev, I.*; Fortov, V. E.*; Boldarev, A.*; Gasilov, V.*; Chen, L. M.*; Zhang, L.*; Yan, W.*; Yuan, D.*; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.181 - 201, 2012/07

 パーセンタイル:100

A study is made of the ultra-short laser pulse irradiation of Ar cluster targets. Experiments have been performed with large cluster sizes and using very high laser contrasts, which have allowed clear and unambiguous observation of exotic inner-shell transitions in near-neutral Ar ions. The interaction of the main laser pulse with the unperturbed target is a necessary requirement for observing these lines. Our measurements are supported by kinetics calculations in which a very detailed atomic model is used. X-ray spectral methods have been proposed to determine the parameters of the appearing plasma at the early stages of its evolution. It has been shown that the spectra of hollow ions are the most informative in the first moments of the heating of a cluster, whereas the diagnostics of the late stages can be performed using the conventional lines of multicharged ions.

論文

Ion acceleration in subcritical density plasma via interaction of intense laser pulse with cluster-gas target

福田 祐仁; Faenov, A.*; 反保 元伸; Pikuz, T.*; 中村 龍史; 神門 正城; 林 由紀雄; 余語 覚文; 榊 泰直; 亀島 敬*; et al.

Progress in Ultrafast Intense Laser Science VII, p.225 - 240, 2011/05

本研究では、サブ臨界密度プラズマを生成させるために、世界に先駆けて、クラスターを含むガスターゲットをイオン加速研究に導入し、核子あたりの最大エネルギーが10$$sim$$20MeV/nという、従来の同規模クラスのレーザー装置を用いた場合の約10倍の加速エネルギーを得ることに成功した。クラスターターゲットは、連続供給が可能であるうえに、この手法により生成したイオンの発散角は、従来手法よりも小さく、医療利用へ向けたビーム伝送・照射系の設計にも適していることが明らかとなった。

論文

Energy increase in multi-MeV ion acceleration in the interaction of a short pulse laser with a cluster-gas target

福田 祐仁; Faenov, A. Y.; 反保 元伸; Pikuz, T. A.*; 中村 龍史; 神門 正城; 林 由紀雄; 余語 覚文; 榊 泰直; 亀島 敬*; et al.

Physical Review Letters, 103(16), p.165002_1 - 165002_4, 2009/10

 被引用回数:123 パーセンタイル:3(Physics, Multidisciplinary)

小型極短パルスレーザーとクラスターターゲットを用いた新しいイオン加速手法を提案する。この手法では、従来手法よりも小さな発散角(3.4$$^{circ}$$)で、イオンの加速エネルギー10$$sim$$20MeV/uを達成した。この加速エネルギーは、固体ターゲットを用いた従来手法の約10倍増に相当する。粒子コードによるシミュレーションにより、クラスターターゲット裏面の臨界密度プラズマ中で成長する強力な電磁場構造が、高エネルギーイオン発生に重要な役割を果たしていることが示唆されている。

論文

Submicron ionography of nanostructures using a femtosecond- laser-driven-cluster-based source

Faenov, A. Y.; Pikuz, T. A.*; 福田 祐仁; 神門 正城; 小瀧 秀行; 本間 隆之; 川瀬 啓悟; 亀島 敬*; Pirozhkov, A. S.; 余語 覚文; et al.

Applied Physics Letters, 95(10), p.101107_1 - 101107_3, 2009/09

 被引用回数:22 パーセンタイル:28.6(Physics, Applied)

An intense isotropic source of multicharged carbon and oxygen ions with energy above 300 keV and high quantity per shot was obtained by femtosecond Ti:Sa laser irradiation of clusters, produced by expansion of the mixed He and CO$$_{2}$$ gases in a supersonic nozzle. The source was employed for high contrast ionography images with 600 nm spatial resolution. A difference in object thickness of 100 nm was well resolved for both Zr and polymer foils.

論文

X-ray spectroscopic diagnostics of ultrashort laser-cluster interaction at the stage of the nonadiabatic scattering of clusters

Faenov, A. Y.; Magunov, A. I.*; Pikuz, T. A.*; Skobelev, I. Y.*; Giulietti, D.*; Betti, S.*; Galimberti, M.*; Gamucci, A.*; Giulietti, A.*; Gizzi, L. A.*; et al.

JETP Letters, 86(3), p.178 - 183, 2007/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:58.99(Physics, Multidisciplinary)

X-ray spectroscopy diagnostics of laser-cluster interactions at a stage of non-adiabatical cluster expansion and formation of the spatially homogeneous plasma channel is carried out for the first time. It is shown, that X-ray line emission spectra of light elements, allows to determine parameters of the plasma formed at the time moment 10 ps from the beginning of femtosecond laser with relatively high plasma temperature Te 100 eV iand electron density Ne about 10$$^{19}$$ - 10$$^{20}$$ cm$$^{-3}$$.

論文

Gas-cluster targets for femtosecond laser interaction; Modeling and optimization

Boldarev, A. S.*; Gasilov, V. A.*; Faenov, A. Y.*; 福田 祐仁; 山川 考一

Review of Scientific Instruments, 77(8), p.083112_1 - 083112_10, 2006/08

 被引用回数:64 パーセンタイル:5.39(Instruments & Instrumentation)

ガスジェット中でのクラスター生成過程に関する新しい数学モデルを開発した。このモデルでは、クラスターターゲットは連続ガス相と不連続クラスター相の2成分媒体として記述され、クラスターターゲットの時間空間分布に関するすべてのパラメータの記述が可能である。また、初めてノズルの詳細な構造を考慮に入れたモデルとなっている。大量の数値計算を実施し、従来モデルであるHagenaモデルとの比較を行い、このモデルの優位性を検証した。大量のマイクロメータサイズのクラスターを生成させるため、本モデルを用いて特殊な形状を有する3ステージノズルの設計を行った。このような特殊ノズルは、従来モデルでは設計不可能であった。この特殊ノズルを用いて生成させたマイクロメータサイズのクラスターと高強度レーザーとの相互作用実験を行った。これまでにない高輝度のkeV領域X線の発生、及び、X線発生量のさまざまな実験パラメータに対する依存性、からノズル設計の正当性を評価した。

論文

Generation of X-rays and energetic ions from superintense laser irradiation of micron-sized Ar clusters

福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 岸本 泰明; 山川 考一; Faenov, A. Y.*; Magunov, A. I.*; Pikuz, T. A.*; et al.

Laser and Particle Beams, 22(3), p.215 - 220, 2004/07

マイクロメートルサイズのArクラスターに高強度レーザー(レーザー強度=10$$^{19}$$W/cm$$^2$$,パルス幅=30fs)を照射することによって発生したプラズマからの高分解能X線スペクトルを測定した。発生したHe$$_{alpha1}$$($$lambda$$=3.9491$AA , 3.14keV)$のフォトン数は、2$$times$$10$$^8$$photons/pulseであり、固体ターゲット照射時に匹敵するフォトン数であることが明らかになった。X線スペクトル測定と同時に、発生した高速多価イオンのエネルギー分布を測定した。発生した多価イオンの平均エネルギーは、約800keVであった。コントラスト比の高いレーザーパルスによって発生した高速電子はクラスターターゲットのisochoric heatingを可能にし、より高い価数のイオン生成、及び、He$$_{alpha1}$$線強度の増大をもたらすことが明らかとなった。

論文

X-ray radiation of clusters irradiated by ultrafast, high-intensity laser pulses

福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 岸本 泰明; 山川 考一; Faenov, A. Y.*; Magunov, A. I.*; Pikuz, T. A.*; et al.

Laser-Generated & Other Lab. X-Ray & EUV Sources (Proceedings of SPIE Vol.5196), p.234 - 243, 2004/00

10$$^{19}$$W/cm$$^2$$を超える強レーザー場中における希ガスクラスターからのX線発生に関する研究を行った。本研究では、レーザープレパルスによるクラスターの破壊を抑制するため、ポッケルスセルを用いてプレパルスを除去し、さらに、特殊ノズルを用いてマイクロメーターサイズの巨大クラスターを発生させた。また、時間依存Bolzmann-KineticモデルによるX線スペクトルのシミュレーションを行い、実験結果を定量的に再現することに成功した。

論文

X-ray study of microdroplet plasma formation under the action of superintense laser radiation

福田 祐仁; 山川 考一; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; Abdallah, J. Jr.*; Csanak, G.*; Faenov, A. Y.*; Magunov, A. I.*; et al.

JETP Letters, 78(3), p.115 - 118, 2003/08

 被引用回数:28 パーセンタイル:21.58(Physics, Multidisciplinary)

マイクロメートルサイズのアルゴンクラスターに対して集光強度10$$^{19}$$W/cm$$^2$$のレーザー光を照射し、発生したX線を測定した。非定常キネティックモデルによって計算された多価イオンからのX線生成量の時間変化は、実験で得られたスペクトルを定性的に説明することができた。

口頭

Novel path towards compact laser ion accelerators for hadron therapy; Tenfold energy increase in laser-driven multi-MeV ion generation using a cluster-gas target

福田 祐仁; Faenov, A. Y.; 反保 元伸; Pikuz, T.*; 中村 龍史; 神門 正城; 林 由紀雄; 余語 覚文; 榊 泰直; 川瀬 啓悟; et al.

no journal, , 

レーザーを用いたイオン加速手法の開発は、粒子線がん治療装置の小型化,低価格化の観点から注目を集めている。本研究では、新たにクラスターターゲットをイオン加速研究に導入し、核子あたりの最大エネルギーが10$$sim$$20MeV/nという、従来の同規模クラスのレーザー装置を用いた場合の約10倍の加速エネルギーを得ることに成功した。この手法により生成したイオンの発散角は、従来手法よりも小さく、医療利用へ向けたビーム伝送・照射系の設計にも適していることが明らかとなった。

口頭

クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速の高エネルギー化

福田 祐仁; Faenov, A. Y.; 反保 元伸; Pikuz, T. A.*; 中村 龍史; 神門 正城; 林 由紀雄; 本間 隆之; 川瀬 啓悟; 余語 覚文; et al.

no journal, , 

サブ臨界密度プラズマ中で生成する磁気渦に起因する加速電界により、イオンが高エネルギーに加速される、という磁気イオン加速モデルに基づいた従来とは異なる手法によるレーザー駆動イオン加速の高エネルギー化に取り組んでいる。本研究では、サブ臨界密度プラズマを生成させるために、世界に先駆けて、クラスターを含むガスターゲット(以下、クラスターターゲットと呼ぶ)をイオン加速研究に導入し、従来の同規模クラスのレーザー装置を用いた場合よりもはるかに高い加速エネルギーを得ることに成功した。

口頭

クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速

福田 祐仁; Faenov, A. Y.; 反保 元伸; Pikuz, T. A.*; 中村 龍史; 神門 正城; 林 由紀雄; 本間 隆之; 川瀬 啓悟; 小瀧 秀行; et al.

no journal, , 

レーザー駆動の粒子加速は、従来の加速器では実現できないフェムト$$sim$$ピコ秒の極短パルスの量子ビーム生成が可能、といった特長を有する。われわれは、サブ臨界密度プラズマ中で生成する磁気渦に起因する加速電界により、イオンが高エネルギーに加速される、という磁場イオン加速モデルに基づいた従来とは異なる手法によるレーザー駆動イオン加速の高エネルギー化に取り組んでいる。本研究では、サブ臨界密度プラズマを生成させるために、世界に先駆けて、クラスターを含むガスターゲットをイオン加速研究に導入し、核子あたりの最大エネルギーが10$$sim$$20MeV/nという、従来の同規模クラスのレーザー装置を用いた場合の約10倍の加速エネルギーを得ることに成功した。

口頭

レーザー駆動イオン加速のためのクラスターターゲット診断装置の開発

神野 智史; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 金崎 真聡; 近藤 公伯; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; et al.

no journal, , 

クラスターガスターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速において、大きいサイズのクラスターを発生させるため、Boldarevモデルに基づいて特別にデザインされた三段コニカルノズルを用いている。本研究では、加速機構解明や最適条件探索のために、ミー散乱と干渉計を用いたターゲット診断装置を開発した。CO$$_2$$(30%)とH$$_2$$(70%)の混合ガスのガスジェットに対する散乱光の角度分布を測定したところ、サブミクロンサイズのCO$$_2$$クラスターが生成されていることが明らかになった。また、ガスジェットに対して干渉像を取得し、ガス密度を求めた。

口頭

Mie散乱によるマイクロメートルサイズクラスターの同定

神野 智史; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 金崎 真聡; 近藤 公伯; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; et al.

no journal, , 

本研究はBoldarevモデルに基づいて特別に設計されたノズルにより生成される大きいクラスターを含むクラスターガスターゲットを用いてレーザー駆動イオン加速実験を行っている。イオンの加速機構解明や加速条件最適化のためには、クラスターサイズやガス密度分布を知る必要があるため、Mie散乱と干渉計を利用したターゲット評価装置を開発した。CO$$_2$$(30%)とH$$_2$$(70%)の混合ガスに対する散乱光の角度分布測定により、サブミクロンサイズのCO$$_2$$クラスターが生成されていることを確認した。また、干渉計によりガスジェットの密度プロファイルを求めた。

口頭

Characterization of sub-micron sized clusters in a supersonic gas jet using Mie scattering

神野 智史; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 近藤 公伯; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; Gasilov, V. A.*

no journal, , 

レーザー駆動イオン加速実験においてクラスターターゲットを用いることにより、高エネルギーイオンの発生を実現している。この実験において、大きいクラスターを用意するために、ボルダレフモデルに基づいて製作された三段コニカルノズルが使用された。しかしながら、加速メカニズムや加速条件の最適化のために、このノズルで生成されるターゲットの特性評価は十分に行われていない。このため、本研究ではミー散乱と干渉計を利用したターゲット診断装置を開発した。H$$_2$$とCO$$_2$$の混合ガスを三段コニカルノズルを通して、超音速ジェットによりCO$$_2$$クラスターを生成した。レーザー照射に対するクラスターからの散乱光の角度分布を測定することにより、CO$$_2$$クラスターのサイズ分布を試算した。密度プロファイルは干渉計を用いてレーザー光の位相変化から求めた。これらの結果をボルダレフモデルと比較した。

口頭

ミー散乱を用いたクラスターサイズ評価におけるガス密度依存性の検討

神野 智史; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 金崎 真聡; 近藤 公伯; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; et al.

no journal, , 

クラスターガスターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速実験により、高エネルギーイオンの発生を実現した。このときBoldarevモデルに基づいて特別に設計されたノズルが使用された。しかしながら、イオン加速機構解明や加速条件最適化のために、クラスターガスターゲットの特性評価は十分に行われていない。そこで本研究では、ミー散乱と干渉計を用いたターゲット診断装置を開発した。CO$$_2$$(30%)とH$$_2$$(70%)の混合ガスのガスジェットに対する散乱光の角度分布を測定では、サブミクロンサイズのCO$$_2$$クラスターが生成されていることが明らかになった。また干渉計によりガス密度プロファイルを求めた。講演ではガス密度とクラスターサイズの関係について検討する。

口頭

クラスターターゲットによるイオン加速; 電子スペクトルのターゲット状態依存性

神野 智史; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 金崎 真聡; 近藤 公伯; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; et al.

no journal, , 

クラスターガスターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速実験において、ターゲットに対するビーム照射位置に依存して、X線,電子、及びイオンのエネルギースペクトルや強度が変化する。そこで、われわれはイオン加速の最適条件探索のために指標にしている、リアルタイム検出可能な高エネルギー電子スペクトルに関してターゲット状態依存性を調べた。ターゲット状態に関しては、クラスターサイズとガス密度分布をMie散乱による散乱角度分布測定と干渉計を用いて評価した。J-KARENレーザーを用いたイオン加速実験では、加速されたイオンと電子を磁石により分離し、固体飛跡検出器CR-39を用いてイオンを検出し、蛍光スクリーンにより電子エネルギースペクトルを観測した。このようにして得られたターゲット状態と電子エネルギースペクトルとの相関について報告し、これらとイオン加速との関係について考察する。

口頭

Characterization of cluster-gas targets and its application to laser-driven particle acceleration experiments

神野 智史; 福田 祐仁; 榊 泰直; 金崎 真聡; 近藤 公伯; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; Gasilov, V. A.*

no journal, , 

クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速実験において、数十MeVのイオン加速を実現している。その加速メカニズムの解明には、ターゲットの初期状態を理解することが重要である。そこで、ターゲットであるCO$$_2$$/HeおよびCO$$_2$$/H$$_2$$混合ガス中に存在するCO$$_2$$クラスターのサイズをミー散乱法により評価した。その結果、CO$$_2$$クラスターのサイズはそれぞれ0.22$$mu$$mおよび0.25$$mu$$mであった。また、ターゲットのガス密度分布を干渉法により評価した。さらに、J-KARENレーザー(1.0$$times$$10$$^{19}$$W/cm$$^2$$)をターゲットに照射し、それにより発生する電子のエネルギースペクトルをターゲットへの照射位置を変えながら測定した。このようにして得られる電子エネルギースペクトルはリアルタイム検出可能であり、イオン加速の最適条件探索のための指標になる。結果として、電子エネルギースペクトルは照射位置に強く依存していることが分かった。このことはイオン加速に適した照射位置が存在することを示唆している。発表では電子エネルギースペクトルとターゲット初期状態との相関について考察する。

口頭

ミー散乱を利用したクラスターターゲットの特性評価

神野 智史; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 金崎 真聡; 近藤 公伯; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; et al.

no journal, , 

レーザー駆動イオン加速実験のターゲットに用いるクラスターの特性をミー散乱を利用して評価した。CO$$_2$$/HeまたはCO$$_2$$/H$$_2$$の混合ガスを特別なノズルを通して真空中に噴射し、CO$$_2$$クラスターを生成した。そこへ、Nd:YAGレーザーの第二高調波である532nmのパルスレーザーを照射し、クラスターからの散乱光の角度分布を測定した。この結果の数値解析からサブミクロンサイズのCO$$_2$$クラスターが生成されていることを初めて明らかにした。その他に、クラスターの密度、全ガス密度を評価した。講演では、これらの結果とBoldarevモデルによる計算結果とを比較する。また、現在進めている冷凍機で冷却されたノズルを用いた水素クラスターターゲット生成についての状況を報告する。

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