地質環境の長期安定性に関する研究 年度計画書(令和6年度)

丹羽 正和; 島田 顕臣; 浅森 浩一; 末岡 茂; 小松 哲也; 中嶋 徹; 小形 学; 内田 真緒; 西山 成哲; 田中 桐葉; et al.

JAEA-Review 2024-035, 29 Pages, 2024/09

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本計画書では、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発のうち、深地層の科学的研究の一環として実施している地質環境の長期安定性に関する研究について、第4期中長期目標期間(令和4年度令和10年度)における令和6年度の研究開発計画を取りまとめた。本計画の策定にあたっては、これまでの研究開発成果や大学等で行われている最新の研究成果に加え、地層処分事業実施主体や規制機関等の動向を考慮した。研究の実施にあたっては、地層処分事業における概要・精密調査や国の安全規制に対し研究成果を適時反映できるよう、(1)調査技術の開発・体系化、(2)長期予測・影響評価モデルの開発、(3)年代測定技術の開発の三つの枠組みで研究開発を推進する。

Revealing the second harmonic generation in a femtosecond laser-driven cluster-based plasma by analyzing shapes of Ar XVII spectral lines

Oks, E.*; Dalimier, E.*; Faenov, A.*; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; Andreev, A.*; Koga, J. K.; 榊 泰直; 小瀧 秀行; Pirozhkov, A. S.; et al.

Optics Express (Internet), 23(25), p.31991 - 32005, 2015/12

https://doi.org/10.1364/OE.23.031991

フェムト秒高強度レーザーをアルゴンクラスターターゲットに照射して生成したプラズマから発生したアルゴンXVIIスペクトルサテライト線のライン形状を詳細に解析することにより、プラズマ中で非線形現象が起こっていることを明らかにし、その結果、照射レーザー光の第二次高調波(SHG)が発生していることを解明した。サテライト線解析の新しい理論を構築し、入射レーザー光の2 %がSHGに変換されていることを明らかにした。この実験結果は、二次元粒子コードを用いたシミュレーション結果とも良い一致を示した。

Fabrication of hard-coated optical absorbers with microstructured surfaces using etched ion tracks; Toward broadband ultra-low reflectance

雨宮 邦招*; 越川 博; 八巻 徹也; 前川 康成; 蔀 洋司*; 沼田 孝之*; 木下 健一*; 田辺 稔*; 福田 大治*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 356-357, p.154 - 159, 2015/08

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2015.05.002

広帯域波長の極低反射率材料は光エネルギー管理の分野で様々な応用が期待できるが、極低反射率を持つ素材は、機械的に壊れやすいことが問題であった。そこで本研究では、CR-39基板上へのイオントラックエッチング、その後のダイヤモンドライクカーボンコートによる微細加工技術により、新しい硬質表面光吸収体を開発した。この新規光吸収層についてスペクトルの反射率を評価したところ、400-1400nmの波長域で2%と低い反射率を示した。機械特性の評価では、エアブローやテープ剥離試験による影響がなく、機械的に硬いことが確認された。

High order harmonics from relativistic electron spikes

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Faenov, A. Y.*; Pikuz, T. A.*; 河内 哲哉; 匂坂 明人; Koga, J. K.; 森 道昭; 川瀬 啓悟*; et al.

RAL-TR-2015-025, P. 22, 2015/00

https://www.clf.stfc.ac.uk/Pages/2014-15.aspx

We provide a description of experiments performed with the J-KAREN and Astra Gemini lasers where we discovered a new regime of relativistic high-order harmonic generation by multi-terawatt femtosecond lasers in gas targets. The results were explained using particle-in-cell simulations and catastrophe theory. Our work paves the way towards a bright coherent X-ray source based on compact lasers and accessible, repetitive, and debris-free gas jet targets. Such a source will be crucial for fundamental research and numerous applications requiring pumping, probing, imaging of microscopic objects and for attosecond science.

Observation of a -wave one-neutron halo configuration on Mg

小林 信之*; 中村 隆司*; 近藤 洋介*; Tostevin, J. A.*; 宇都野 穣; 青井 考*; 馬場 秀忠*; Barthelemy, R.*; Famiano, M. A.*; 福田 直樹*; et al.

Physical Review Letters, 112(24), p.242501_1 - 242501_5, 2014/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.242501

軽い中性子過剰核では束縛線限界近くにハローと呼ばれる1あるいは2中性子が空間的に非常に広がった構造を持つことが知られているが、重くなってくると一般に軌道角運動量が大きくなり、変形も発達するためハローが存在するかどうかは不明だった。本論文では、非常に中性子過剰なマグネシウム同位体Mgの核力およびクーロン分解反応実験を理化学研究所RIBFにて行い、マグネシウム同位体でも波と考えられるハローを持つことを初めて明らかにした。本実験では、炭素標的と鉛標的の断面積の差から、ハロー構造に敏感なクーロン力による分解反応の断面積を引き出すとともに、脱励起線の測定によって、Mgの基底状態へ遷移する断面積も引き出した。実験値を大規模殻模型計算の結果と比較したところ、Mgの基底状態はMgの基底状態に波中性子が付いた波動関数が40%程度占め、その波成分がハロー構造を生み出していることがわかった。

Demonstration of partially transparent thick metallic sodium in the vacuum ultraviolet spectral range

大道 博行; 鈴木 庸氏; 河内 哲哉; 福田 武司*; 中桐 俊男; 加来 正典*; 窪寺 昌一*

Optics Express (Internet), 21(23), p.28182 - 28188, 2013/11

https://doi.org/10.1364/OE.21.028182

一般に金属は紫外線を吸収するため、紫外線が金属を透過するとは考えられていなかった。実際、様々な金属に対する紫外線の透過率が調べられているが、数ミリ厚の金属を紫外線が透過する報告はない。一方、まだ十分に紫外線透過率が調べられていない金属もあり、そのひとつがナトリウムである。ナトリウムの透過特性の研究は1930年代に遡るが、正確な実験データの取得ができなかった。ナトリウムは空気中の水分と反応して性質が変わるため、安定した厚みをもつ試料の作成が難しい点が理由の一つと考えられる。今回、フッ化マグネシウムという紫外線を通す特殊な窓材の間にナトリウムを挟み込むことで安定な試料の作製に成功し、その結果、真空紫外線と呼ばれる波長115-170ナノメートル(ナノメートルは100万分の1ミリメートル)の光が、厚さ1mm8mmの固体金属ナトリウムや温度150Cの液体金属ナトリウムを透過することを世界で初めて明らかにした。さらに厚さ8ミリメートルのナトリウムの陰に隠れた物体の透視を行い、その像を明瞭に撮影することにも成功した。

Observation and theory of X-ray mirages

Magnitskiy, S.*; Nagorskiy, N.*; Faenov, A.*; Pikuz, T.; 田中 桃子; 石野 雅彦; 錦野 将元; 福田 祐仁; 神門 正城; 河内 哲哉; et al.

Nature Communications (Internet), 4, p.1936_1 - 1936_7, 2013/06

https://doi.org/10.1038/ncomms2923

プラズマベースの過渡利得電子衝突励起方式のX線レーザーの発展により、小型でコヒーレントなX線光源が実現するとともに、幅広い応用研究への道が開かれている。本論文において、われわれは原子力機構において開発された2段階増幅のプラズマX線レーザーの出力位置での遠視野像に、予期しない同心円状の干渉縞が観測されたことを報告する。この模様はX線領域において初めて観察された蜃気楼現象と考えることができる。われわれは、実験条件下でのX線の伝搬を表すマクスウエル=ブロッホ方程式を解く方法を開発した。その結果、仮想的な点光源から発せられるように見えるX線の蜃気楼がさらにプラズマのレーザー効果で増幅することにより今回観測した干渉縞が発現したことを見いだした。今回得られた結果は、レーザー生成プラズマにおけるX線増幅現象の物理の本質に新しい視点を落とすとともに、X線によるプラズマ診断法や極端紫外線リソグラフィー(EUV)の新しい可能性を開くものである。

Relativistic high harmonic generation in gas jet targets

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.; 河内 哲哉; 匂坂 明人; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.167 - 171, 2012/07

https://doi.org/10.1063/1.4737557

We experimentally demonstrate new regime of high-order harmonic generation by relativistic-irradiance lasers in gas jet targets. Bright harmonics with both the odd and even orders are emitted in the forward direction, while the base harmonic frequency is downshifted. The harmonics are generated by linearly as well as circularly polarized pulses. With the 9 TW laser, the harmonics reach 360 eV, within the "water window" spectral region. Using 120 TW laser producing 40 uJ/sr per harmonic at 120 eV, we demonstrate the photon number scalability. The experimentally demonstrated harmonics cannot be explained by previously known mechanisms. We introduce a novel high-order harmonics generation mechanism, which explains our experimental findings.

Nanomodification of gold surface by picosecond soft X-ray laser pulse

Norman, G.*; Starikov, S.*; Stegailov, V.*; Fortov, V.*; Skobelev, I.*; Pikuz, T.; Faenov, A.*; 保 智己*; 加藤 義章*; 石野 雅彦; et al.

Journal of Applied Physics, 112(1), p.013104_1 - 013104_8, 2012/07

https://doi.org/10.1063/1.4731752

It was shown experimentally the possibility of nanostructuring (about 20 nm) of gold surface by picosecond soft X-ray single pulse with low fluence of 20 mJ/cm. The nanometer-scale changes of the surface structure are due to the splash of molten gold under fluence gradient of the laser beam. In addition, the ablation process occurs at slightly higher fluence of 50 mJ/cm. The atomistic model of ablation is developed that reveals that the low threshold fluence of this process is due to the build-up of the high electron pressure and the comparatively low electron-ion energy relaxation rate in gold.

Soft-X-ray harmonic comb from relativistic electron spikes

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.; 河内 哲哉; 匂坂 明人; et al.

Physical Review Letters, 108(13), p.135004_1 - 135004_5, 2012/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.135004

マルチテラワットレーザーをガスジェットターゲットに集光照射することにより「水の窓」に達する高次高調波発生を実験で示すことに成功した。数百次に達する高次高調波の強さはJ/srパルスと評価できる。このような高調波は、高強度レーザーパルスが低密度プラズマ中を相対論的な自己収束を伴って伝搬する際に、パルスによって励起される尖塔波とキャビテーションの境界の交差点で発生する電子スパイクのコヒーレント振動により生じる。このときのスパイクの先鋭さと安定度はカタスロトフ理論により説明される。発生機構はPICシミュレーションによっても確認された。