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論文

Ultra-intense, high spatio-temporal quality petawatt-class laser system and applications

桐山 博光; 下村 拓也; 森 道昭; 中井 善基*; 田上 学; 近藤 修司; 金沢 修平; Pirozhkov, A. S.; Esirkepov, T. Z.; 林 由紀雄; et al.

Applied Sciences (Internet), 3(1), p.214 - 250, 2013/03

 被引用回数:11 パーセンタイル:69.38(Chemistry, Multidisciplinary)

ペタワット級超高強度レーザーの利用研究に向けてのレーザー高度化技術開発として、原子力機構で開発を進めている高度に時間・空間制御されたペタワット(PW)級チタンサファイアチャープパルス増幅レーザーシステム(J-KARENレーザーシステム)の紹介を、招待論文(Invited paper)として行う。また、本レーザーシステムにより創出された粒子加速、高輝度X線発生などの研究成果についても報告を行う。

論文

Application of laser-accelerated protons to the demonstration of DNA double-strand breaks in human cancer cells

余語 覚文; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 森 道昭; 手島 昭樹*; 沼崎 穂高*; 村上 昌雄*; 出水 祐介*; 赤城 卓*; 永山 伸一*; et al.

Applied Physics Letters, 94(18), p.181502_1 - 181502_3, 2009/05

 被引用回数:74 パーセンタイル:6.06(Physics, Applied)

We report the demonstrated irradiation effect of laser-accelerated protons on human cancer cells. ${it In-vitro}$ (living) A549 cells are irradiated with quasi-monoenergetic proton bunches of 0.8-2.4 MeV with a single bunch duration of 15 ns. Irradiation with the proton dose of 20 Gy results in a distinct formation of $$gamma$$-H2AX foci as an indicator of DNA double-strand breaks generated in the cancer cells. This is a pioneering result in view of future investigations on the radiobiological effects of laser-driven ion beams. Unique high-current and short-bunch features make laser-driven proton bunches an excitation source for time-resolved determination of radical yields.

論文

室温下で柔軟性を示す透明なポリ乳酸材料の開発

長澤 尚胤; 金澤 進一*; 玉田 正男

バイオプラスチックの高機能化・再資源化技術, p.162 - 169, 2008/04

ポリ乳酸に橋かけ剤であるトリアリルイソシアヌレートを5%濃度添加して電子線で橋かけした。橋かけポリ乳酸を可塑剤に浸漬し、ポリ乳酸の再結晶化温度以上に加熱することにより橋かけしたポリ乳酸の微結晶間に可塑剤を保持させることに成功した。可塑剤を担持させた橋かけポリ乳酸は、室温で柔らかく、変形しても元の形状に戻るような弾力性のある透明な材料であり、破壊強度が20MPaから半分に低下するが、破壊伸度が約2%から約60%と高くなる。このように弾力性を有するポリ乳酸を軟質塩化ビニルの代替材料として吸盤材料を応用例として解説した。

論文

放射線橋かけ技術による柔らかく弾力性のあるポリ乳酸の開発

長澤 尚胤; 玉田 正男; 金澤 進一*; 早崎 俊克*

プラスチックス, 58(11), p.45 - 48, 2007/11

ポリ乳酸に橋かけ剤であるトリアリルイソシアヌレートを5phr濃度添加して、電子線で橋かけした。橋かけしたポリ乳酸分子の網目中に可塑剤を保持させることにより、室温で柔らかく、変形しても元の形状に戻る弾力性のある透明なポリ乳酸材料を創り出すことに成功したので、その作製法及び物性について解説した。

論文

放射線橋かけによるポリ乳酸の改質

長澤 尚胤; 金田 綾子*; 松崎 友章*; 金澤 進一*; 八木 敏明; Tran, M. Q.*; 三友 宏志*; 吉井 文男; 玉田 正男; Quynh, T. M.*

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 53, 2007/02

デンプンを原料とする植物由来プラスチックであるポリ乳酸(以下PLAと略記)は、約170$$^{circ}$$Cの高い融点を有し、透明性や機械的特性などが優れていることから、実用化に一番近い材料として有望視されている。しかし、PLAは約60$$^{circ}$$Cを超えると熱変形し、強度が低下するという欠点があるため、耐熱性の向上が必要とされている。ここでPLAの耐熱性改善に対して、放射線照射による橋かけ構造を導入することを試みた。PLAに融点以上の温度(180$$^{circ}$$C)でポリマー重量に対して3重量%濃度の各種多官能性モノマーを添加して$$gamma$$線照射したPLAのゲル分率を測定した結果、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)とトリメチルプロパントリアクリレート添加した系のみ、50kGy照射で80%のゲルが生成し、効果的に橋かけ反応が起きた。橋かけ前後の熱機械的分析の結果、未照射PLAでは、約60$$^{circ}$$Cのガラス転移温度以上で急激に変形し、約100$$^{circ}$$Cで測定不可能になる。3%TAIC濃度で50kGy照射したPLAでは、約60$$^{circ}$$Cで変形せず、200$$^{circ}$$Cでも5%しか変形しないことから、橋かけ構造導入により耐熱性が極めて大きく向上することがわかった。放射線照射によって橋かけしたPLAを熱収縮チューブに応用した。橋かけPLAを200$$^{circ}$$Cで2.5倍に膨張させ、室温で冷却固定すると熱収縮チューブにでき、このチューブを160$$^{circ}$$C以上で再加熱すると、元の大きさに収縮して電線などの結束部分の保護材として利用できる。

論文

Ultrarelativistic electron generation during the intense, ultrashort laser pulse interaction with clusters

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。

論文

Application of poly(lactic acid) modified by radiation crosslinking

長澤 尚胤; 金田 綾子*; 金澤 進一*; 八木 敏明; 三友 宏志*; 吉井 文男; 玉田 正男

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 236(1-4), p.611 - 616, 2005/07

 被引用回数:61 パーセンタイル:2.29(Instruments & Instrumentation)

生分解性のポリ乳酸は硬く、透明性のよい樹脂であるが、ガラス転移温度60$$^{circ}$$C以上で変形が起きるため、耐熱性の改善が急務である。これを改善するには橋かけ構造の導入が有効であるため、反応性の多官能性モノマーについて検討した結果、トリアリルイソシアヌレートが橋かけに最も有効であることを見いだした。照射橋かけにより耐熱性が向上したポリ乳酸は、融点(160$$^{circ}$$C)以上でも融解しないことから熱収縮チューブへの応用を可能にした。また、橋かけPLAは結晶化が起こらないため熱湯を注いでも透明性を保持しており、食器類への応用が期待できる。

論文

Electron acceleration by a nonlinear wakefield generated by ultrashort (23-fs) high-peak-power laser pulses in plasma

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:28 パーセンタイル:21.47(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$$^{20}$$cm$$^{-3}$$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。

論文

High energy laser wakefield acceleration

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。

論文

Direct measurement of coherent ultrahigh wakefields excited by intense ultrashort laser pulses in a gas-jet plasma

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:42 パーセンタイル:18.04(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3.5$$times$$10$$^{17}$$(プラズマ密度で7$$times$$10$$^{17}$$)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。

論文

原研フォトカソードマイクロトロンの現状

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$$pi$$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。

論文

Development of plasma waveguide using fast z-pinch capillary discharge

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。

論文

High energy electron acceleration by high peak power laser

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100$$sim$$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。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。

論文

原研タンデム加速器の現状

吉田 忠; 神田 将; 竹内 末広; 花島 進; 荘司 時雄; 大内 勲; 堀江 活三; 月橋 芳廣; 阿部 信市; 金沢 修平; et al.

第9回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, 0, p.22 - 25, 1996/00

原研タンデム加速器は完成以来14年になるが、順調に稼動しており昨年には、タンデムブースターが完成しさらに長時間の運転を行ってきた。内部には多くの機械的損耗部を持つ装置であるが、種々の改良等により安定に運転ができている。今後もイオン源の整備等を行い、加速できるイオン種の拡大を図るとともに、長時間停止する必要のない加速器をめざし改良を進めていく。

報告書

新型酸回収蒸発缶(新材料製)の詳細設計(2/2)

横山 博巨*; 金沢 俊夫*; 福間 忠士*; 為清 好三*; 柳田 甲二*; 降矢 喬*; 河野 弘志*; 伊藤 圭二*; 白倉 貴雄*; 柏原 晋一郎*; et al.

PNC-TN8410 87-086VOL2, 944 Pages, 1986/09

PNC-TN8410-87-086VOL2.pdf:32.16MB

None

報告書

新型酸回収蒸発缶(新材料製)の詳細設計(1/2)

横山 博巨*; 金沢 俊夫*; 福間 忠士*; 為清 好三*; 柳田 甲二*; 降矢 喬*; 河野 弘志*; 伊藤 圭二*; 白倉 貴雄*; 柏原 晋一郎*; et al.

PNC-TN8410 87-086VOL1, 1037 Pages, 1986/09

PNC-TN8410-87-086VOL1.pdf:34.39MB

動燃再処理工場に設置されている既設蒸発缶(ステンレス綱製)を新材料製蒸発缶と交換 設置することを前提として、それに必要な詳細設計を実施した。すでに実施されている新型酸回収蒸発缶基本設計(2)ならびに小型モックアップ試験設備の設計、製作、異材継手・開発の成果を参考にした。蒸発缶の詳細設計、性能計算、耐震設計、板取り設計、異材継手設計、セル内配管設計、蒸発缶撤去、設置工事設計、蒸発缶の点検、保守設計、蒸発缶試運転計画、製作技術仕様書の検討、作業工程検討等を行った。

口頭

レーザープラズマ相互作用による単色電子ビーム発生

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。

口頭

2レーザーパルスによる高品質電子ビーム発生

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。

口頭

高強度レーザーとクラスターとの相互作用による相対論的電子発生

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(3.5$$times$$10$$^{19}$$W/cm$$^2$$)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$$pi$$ 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。

口頭

放射線橋かけによるポリ乳酸の改質

長澤 尚胤; 八木 敏明; 金澤 進一*; Quynh, T. M.*; 三友 宏志*; 吉井 文男; 玉田 正男

no journal, , 

デンプンを原料とする植物由来プラスチックであるポリ乳酸(以下、PLAと略記)は、約170$$^{circ}$$Cの高い融点を有し、透明性や機械的特性などが優れていることから、実用化に一番近い材料として有望視されている。しかし、PLAは約60$$^{circ}$$Cを超えると熱変形し、強度が低下するという欠点があるため、耐熱性の向上が必要とされている。ここではPLAの耐熱性改善に対して、放射線照射による橋かけ構造を導入することを試みた。PLAに融点以上の温度(180$$^{circ}$$C)でポリマー重量に対して3重量%濃度の各種多官能性モノマーを添加して$$gamma$$線照射したPLAのゲル分率を測定した結果、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)とトリメチルプロパントリアクリレート添加した系のみ、50kGy照射で80%のゲルが生成し、効果的に橋かけ反応が起きた。橋かけ前後の熱機械的分析の結果、未照射PLAでは、約60$$^{circ}$$Cのガラス転移温度以上で急激に変形し、約100$$^{circ}$$Cで測定不可能になる。3%TAIC濃度で50kGy照射したPLAでは、約60$$^{circ}$$Cで変形せず、200$$^{circ}$$Cでも5%しか変形しないことから、橋かけ構造導入により耐熱性が極めて大きく向上することがわかった。放射線照射によって橋かけしたPLAを熱収縮チューブに応用した。橋かけPLAを200$$^{circ}$$Cで2.5倍に膨張させ、室温で冷却固定すると熱収縮チューブにでき、このチューブを160$$^{circ}$$C以上で再加熱すると、元の大きさに収縮して電線などの結束部分の保護材として利用できる。さらに電気製品筐体や飲料カップ等に試作し、生分解性熱収縮材や耐熱型カップ等への応用の見通しを得た。

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