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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.
Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; Koga, J. K.; 細貝 知直*; Zhidkov, A.*; 児玉 了祐*
Physics of Plasmas, 20(8), p.083113_1 - 083113_10, 2013/08
被引用回数：19 パーセンタイル：64.31(Physics, Fluids & Plasmas)Nonlinear axisymmetric cylindrical plasma oscillations in magnetized collisionless plasmas are amodel for the electron fluid collapse at the axis behind the ultrashort relativisically intense laserpulse exciting the plasma wake wave. We present the analytical description of the strongly nonlinear oscillations showing that the magnetic field prevents from closing the cavity formed behind the laserpulse.
Giulietti, A.*; Andr
, A.*; Dobosz-Dufrnoy, S.*; Giulietti, D.*; 細貝 知直*; Koester, P.*; 小瀧 秀行; Labate, L.*; Levato, T.*; Nuter, R.*; et al.
Physics of Plasmas, 20(8), p.082307_1 - 082307_6, 2013/08
被引用回数：7 パーセンタイル：30.26(Physics, Fluids & Plasmas)A 65-fs, 800-nm, 2-TW laser pulse propagating through a Nitrogen gas jet has been experimentally studied by 90
Thomson scattering. Time-integrated spectra of scattered light show unprecedented broadening towards the blue which exceeds 300 nm. Images of the scattering region provide for the first time a space- and time-resolved description of the process leading quite regularly to such a large upshift. The mean shifting rate was as high as 
/fs, never observed before. Interferometry shows that it occurs after partial laser defocusing. Numerical simulations prove that such an upshift is consistent with a laser-gas late interaction, when laser intensity has decreased well below relativistic values (
) and ionization process involves most of the laser pulse. This kind of interaction makes spectral tuning of ultrashort intense laser pulses possible in a large spectral range.
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.
Zhidkov, A.*; Koga, J. K.; 細貝 知直*; 藤井 隆*; 大石 祐嗣*; 根本 孝七*; 兒玉 了祐*
Physics of Plasmas, 17(8), p.083101_1 - 083101_6, 2010/08
被引用回数：11 パーセンタイル：39.78(Physics, Fluids & Plasmas)The wave breaking processes originating from a parametric resonance in the wake of a laser pulse in the absence of pulse over-focusing are thoroughly analyzed via multidimensional particle-in-cell simulations. The processes play a key role in the electron self-injection in the laser-driven acceleration of high energy, mono-energetic electrons in plasma channels. The resonance character of the charge loading in the first, second, and third injections is shown; its effect on the electron acceleration is demonstrated.
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。
松門 宏治*; Esirkepov, T. Z.; 木下 健一*; 大道 博行; 内海 隆行*; Li, Z.*; 福見 敦*; 林 由紀雄; 織茂 聡; 西内 満美子; et al.
Physical Review Letters, 91(21), p.215001_1 - 215001_4, 2003/11
被引用回数：136 パーセンタイル：95.25(Physics, Multidisciplinary)東京大学原子力工学研究施設の超短パルスレーザーを用いたイオン発生実験を行った。レーザーパラメーターは、波長800nm,パルス長50fs,ピーク強度6
10
W/cm
でコントラストは10
程度,ターゲットは厚さ5mのタンタル箔を用いた。その結果、1MeVのプロトンと2MeVの電子の発生を確認した。この実験結果を解釈するために、ターゲットがプリパルスによって完全にプラズマ化した状態でメインパルスと相互作用をする低密度プラズマスラブを用いた新しいイオン加速機構を導入し、さらにそれに基づくシミュレーションを行った。実験結果とシミュレーション結果は良好な一致を示した。また、新しい加速機構が有する独自のレーザー強度に対するスケーリング側に基づいて、実用的なレーザープラズマイオン源の可能性が示される。
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。
細貝 知直*; 木下 健一*; Zhidkov, A.*; 中村 啓*; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 小瀧 秀行; 神門 正城; 中島 一久; 上坂 充*
Physical Review E, 67(3), p.036407_1 - 036407_8, 2003/03
被引用回数：81 パーセンタイル：93.11(Physics, Fluids & Plasmas)12TW,50fsのチタンサファイアレーザーを短焦点でガスジェット中に集光し、電子発生実験を行った。発生する電子は、レーザーのプリパルスの比率及び形に強く依存した。ガスジェットのショックウェーブ先端での、プリパルスでのプラズマ波の破砕が、細い電子のコーン(0.1mm mrad)をつくることを発見した。この電子は、レーザーパルスによって生成されるウェーク場によって数十MeVまで加速され、マックスウェル分布の分布する。単調でないプリパルスの場合、ショックフロントでの流体的な不安定性が大きなスポットを形成する。2次元流体を基礎とした数値解析と2次元粒子シミュレーションが電子加速の根拠を示した。この粒子シミュレーションによって、電子のエネルギーは10~40MeVであり、電子のパルス幅は40fs程度であることが予測できる。
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。
細貝 知直; 神門 正城; 出羽 英紀; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 長谷川 登; 堀岡 一彦*; 中島 一久
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 455(1), p.155 - 160, 2000/11
被引用回数：1 パーセンタイル：20.05(Instruments & Instrumentation)われわれは、高速Zピンチ放電を光導波路形成に用いることを提案し研究開発を進めてきた。高速立ち上がりの電流で駆動されるZピンチ放電では、高速で収縮する同軸状電流層の前面に衝撃波が駆動され、電流層と衝撃波によってプラズマ柱のコア内部に径100m以下の凹型のプラズマ密度分布が形成される。この収縮プロセスでZ軸上に形成されるプラズマの内部構造を光導波路としてレーザー光のガイディングに用いる。低インダクタンス電源による高速電流駆動とガスの予備電離を用いることによって、電磁流体的不安定性が成長する前にプラズマを圧縮することができ、軸方向に一様な再現性の良いシリンダー状のプラズマチャンネルが形成されることが実験とMHDシミュレーションによって確かめられている。今回このプラズマチャンネルの端面に高強度超短パルスレーザー(レーザーパワー2.2TW、パルス幅90fs)を集光(集光直径40m、集光強度
110
W/cm)しガイド実験を行った。高強度超短バルスレーザーはプラズマチャンネル中を真空中の回折距離の12.5倍に相当する2cmにわたってガイドされた。
中島 一久; 出羽 英紀; 神門 正城; 細貝 知直; 小瀧 秀行
原子力eye, 46(6), p.62 - 63, 2000/06
加速器の多くは高周波加速方式を用いており、その加速電場は100MV/m程度に制限されている。近年のレーザーの進歩により、高強度レーザーをプラズマ中に集光し、電子プラズマ波を航跡として励起することが可能となった。この航跡の加速電場は、100GeV/mに達することが知られ、これを加速に用いれば加速器が1/100~1/1000に小型化される。ピーク出力2TW、パルス幅90fsのレーザーパルスを使用し、レーザー航跡場加速実験を行った。最高加速エネルギーゲイン250MeVに達する電子が観測され、レーザーによる高エネルギー粒子加速の可能性を示すことができた。レーザー航跡場加速は、非常に高い加速勾配をもつが、その加速距離の1mm程度以下に制限されるため粒子を有効に加速できない。この問題を解決するために、レーザーパルスのガイディングを行うプラズマ光導波路が提案されている。キャピラリーのプレプラズマを用いた高速Zピンチ放電方式を採用することにより、長寿命のプラズマ光導波路の開発に成功した。このプラズマ光導波路を用いて2TW,90fsのレーザーパルスを2cmにわたり伝播させる実験に、世界で最初に成功した。以上のような予備的な実験や研究成果に基づき平成11年に移転した新研究棟において、1GeV以上の電子加速の実証実験を計画している。このためのビーム入射器はフォトカソード高周波電子銃と150MeVマイクロトロンからなる装置で、超短パルス、ミクロンサイズの高品質電子ビームの生成をめざしビーム調整を行っている。
細貝 知直; 神門 正城; 出羽 英紀; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 長谷川 登; 金沢 修平; 中島 一久*; 堀岡 一彦*
電気学会論文誌,A, 120(5), p.575 - 582, 2000/05
本論文では、キャピラリー放電励起型X線レーザーの技術をベースにした、高速Zピンチ放電光導波路を提案した。高速立ち上がりの電流で駆動されるZピンチ放電では、高速で収縮する同軸状電流層の前面に衝撃波が駆動され、電流層と衝撃波によってプラズマ柱のコア内部の径100m程度の領域に凹型のプラズマ密度分布が形成される。この収縮プロセスで中心軸上に形成されるプラズマの内部構造を積極的にレーザー光のガイディングに用いる。低インダクタンス電源による高速電流駆動とガスの予備電離を用いることによって、軸方向に一様な再現性の良いシリンダー状のプラズマチャンネルが形成されることが実験とMHDシミュレーションによって確かめられた。このプラズマチャンネルの端面に高強度超短パルスレーザー(レーザーパワー2.2TW、パルス幅90fs)を集光(集光直径40m、集光強度110W/cm)しレーザー光のガイド実験を行った。高強度超短パルスレーザーはプラズマチャンネル中を真空中の回折距離の12.5倍に相当する2cmにわたってガイドされた。
細貝 知直*; 神門 正城*; 出羽 英紀*; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 長谷川 登; 中島 一久*; 堀岡 一彦*
Optics Letters, 25(1), p.10 - 12, 2000/01
被引用回数：130 パーセンタイル：96.81(Optics)レーザの集光強度を保ったまま回折長よりも長く伝搬させることはX線レーザやレーザ加速にとって重要な問題である。この問題に対してわれわれは高速キャピラリー放電を用いたプラズマ導波路を提案する。キャピラリー中にガスを封入し安定なZピンチ放電によって軸対称にプラズマを収縮させる。このとき、高速で軸方向に運動するプラズマ層とそれによって駆動される衝撃波でコア内部に凹型電子密度分布を持ったチャンネルが形成される。プラズマチャンネル中の凹型電子密度分布形成過程を調べるために放電ダイナミックスとチャンネル中のレーザの伝搬を観測した。また、実験結果をMHDシミュレーションを行い検討した。これらより高速キャピラリー放電の収縮過程で径~75m、長さ1cm、電子密度510
-1.510以上の凹型電子密度分布を持つプラズマ導波路が形成されたことを実験的に確認した。
細貝 知直*; 近藤 修司; 神門 正城*; 中島 充夫*; 堀岡 一彦*; 中島 一久*
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.179 - 182, 1999/00
レーザの集光強度を保ったまま回折長よりも長く伝搬させることはX線レーザやレーザ加速にとって重要な問題である。この問題に対してわれわれは高速キャピラリー放電を用いたプラズマ導波路を提案する。キャピラリー中にガスを封入し安定なZピンチ放電によって軸対称にプラズマを収縮させる。この場合、高速で軸方向に運動するプラズマ層とそれによって駆動される衝撃波でコア内部に凹型電子密度分布を持ったチャンネルが形成される。プラズマチャンネル中の凹型電子密度分布形成過程を調べるために放電ダイナミクスとチャンネル中のレーザの伝搬を調べた。また実験結果をMHDシミュレーションを行い検討した。これらより、高速キャピラリー放電の収縮過程で径~100m長さ1cm電子密度勾配110cm-110cm以上の凹型電子密度分布を持つプラズマ導波路が形成されたことを確認した。
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。
