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論文

Towards a novel laser-driven method of exotic nuclei extraction-acceleration for fundamental physics and technology

西内 満美子*; 榊 泰直*; Esirkepov, T. Zh.*; 西尾 勝久; Pikuz, T. A.*; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Orlandi, R.; Pirozhkov, A. S.*; 匂坂 明人*; et al.

Plasma Physics Reports, 42(4), p.327 - 337, 2016/04

 被引用回数:5 パーセンタイル:42.53(Physics, Fluids & Plasmas)

ペタワットレーザーと原子核物理学の技術を組み合わせることで、エキゾチック原子核の性質の測定を決定的に可能にする。数値シミュレーションとレーザー駆動実験により、我々は論文、西内等、Phys. Plasmas 22, 033107 (2015)で提案された「レーザー駆動エキゾチック核抽出-加速法」の展望について紹介する。この方法の特徴は、(1)フェムト秒ペタワットレーザーを、外部イオンビームによって破砕された原子核標的に照射し、(2)そして生成された短寿命の重エキゾチック原子核を数GeVの多価電荷としてまとめて一気に加速する、という画期的な方法である。

論文

Laser wakefield accelerated electron beam monitoring and control

Koga, J. K.; 森 道昭; 小瀧 秀行; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 桐山 博光; 神門 正城

AIP Conference Proceedings 1721, p.050003_1 - 050003_8, 2016/03

In this talk I will discuss our participation in the ImPACT project, which has as one of its goals, the development an ultra-compact electron accelerator using lasers ($$<$$ 1 GeV, $$<$$ 10 m) and generation of an X-ray beam from the accelerated electrons. Within this I will discuss our investigation into electron beam monitoring and control. Since laser accelerated electrons will be used for X-ray beam generation combined with an undulator, I will present investigation into the possibilities of the improvement of electron beam emittance through cooling.

論文

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

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.57(Optics)

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。

論文

Using LiF crystals for high-performance neutron imaging with micron-scale resolution

Faenov, A.*; 松林 政仁; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; 神門 正城; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 酒井 卓郎; 塩澤 方浩*; et al.

High Power Laser Science and Engineering, 3, p.e27_1 - e27_9, 2015/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.57(Optics)

This paper describes an overview of our recent discovery - clear demonstration that LiF crystals can be efficiently used as a high-performance neutron imaging detector based on optically stimulated luminescence of color centers generated by neutron irradiation. It is shown that the neutron images we have obtained are almost free from granular noise, have a spatial resolution of 5.4 $$mu$$m and a linear response with a dynamic range of at least 10$$^{3}$$. The high contrast and good sensitivity of LiF crystals allow us to distinguish two holes with less than 2% transmittance difference. We propose to use such detectors in areas where high spatial resolution with high image gradation resolution is needed, including diagnostics of different plasma sources such as laser and z-pinch produced plasmas.

論文

Attractors and chaos of electron dynamics in electromagnetic standing waves

Esirkepov, T. Z.; Bulanov, S. S.*; Koga, J. K.; 神門 正城; 近藤 公伯; Rosanov, N. N.*; Korn, G.*; Bulanov, S. V.

Physics Letters A, 379(36), p.2044 - 2054, 2015/09

 被引用回数:28 パーセンタイル:8.66(Physics, Multidisciplinary)

In an electromagnetic standing wave formed by two super-intense colliding laser pulses, radiation reaction totally modifies the electron motion. The quantum corrections to the electron motion and the radiation reaction force can be independently small or large, depending on the laser intensity and wavelength, thus dividing the parameter space into 4 domains. The electron motion evolves to limit cycles and strange attractors when radiation reaction dominates. This creates a new framework for high energy physics experiments on the interaction of energetic charged particle beams and colliding super-intense laser pulses.

論文

A Laser-plasma-produced soft X-ray laser at 89 eV generates DNA double-strand breaks in human cancer cells

佐藤 克俊*; 錦野 将元; 河内 哲哉; 下川 卓志*; 今井 高志*; 手島 昭樹*; 西村 博明*; 神門 正城

Journal of Radiation Research, 56(4), p.633 - 638, 2015/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.34(Biology)

X線レーザーは、生物学,医学分野をはじめとする諸分野への応用研究が期待されているが、そのDNA損傷等の生物学的影響についての評価はまだ進んでいない。放射線生物学への応用研究の最初のステップとして軟X線レーザーマイクロビーム照射装置の開発を行った。軟X線レーザーによるDNA損傷生成についての研究を開始した。マイクロビーム照射装置については、軟X線集光素子を用いて培養細胞集団程度の大きさに集光を行い、マイクロメーターレベルの制御可能なステージを組み合わせてあり、大気中の培養細胞に照射可能である。本装置を用いて世界で初めて軟X線レーザーの照射によるがん細胞のDNA二本鎖切断の生成を確認した。

論文

Direct observation of the pulse width of an ultrashort electron beam

小瀧 秀行; 川瀬 啓悟*; 林 由紀雄; 森 道昭; 神門 正城; Koga, J. K.; Bulanov, S. V.

Journal of the Physical Society of Japan, 84(7), p.074501_1 - 074501_5, 2015/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:50.01(Physics, Multidisciplinary)

Laser wakefield acceleration has the possibility to generate an ultrashort electron beam of the order of femtoseconds or less. Generation of ultrashort pulses is a key to exploring the dynamical behavior of matter on ever-shorter timescales. We found that the profile of the electron beam was manipulated by rotating the laser polarization. The electron beam is in the laser field, which oscillates the electron beam. From electron oscillations in the image of the electron energy distribution, the electron beam pulse width is estimated to be 1.7 fs (rms). The peak current is 10 kA.

論文

Stochastic regimes in the driven oscillator with a step-like nonlinearity

Bulanov, S. V.; 余語 覚文*; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; Bulanov, S. S.*; 近藤 公伯; 神門 正城

Physics of Plasmas, 22(6), p.063108_1 - 063108_11, 2015/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:72.67(Physics, Fluids & Plasmas)

A nonlinear oscillator with an abruptly inhomogeneous restoring force driven by an uniform oscillating force exhibits stochastic properties under specific resonance conditions. This behaviorelucidates the elementary mechanism of the electron energization in the strong electromagnetic waveinteraction with thin targets.

論文

High-order harmonics from relativistic laser plasmas

Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; Pirozhkov, A. S.; 近藤 公伯; 神門 正城

Research Using Extreme Light; Entering New Frontiers with Petawatt-Class Lasers II (Proceedings of SPIE, Vol.9515), p.95150C_1 - 95150C_13, 2015/06

 パーセンタイル:100

High-order harmonic generation of high intensity ultra-short laser pulses by means of laser produced plasmas are discussed. Since with plasma targets there is no limitation on applicable laser intensity the generated harmonics can be substantially intense. Recent results of experiments and computer simulations on the high-order harmonic generation are briefly reviewed. Main attention is paid to the analysis of basic mechanisms of high-order harmonic generation from overdense and underdense plasma targets irradiated by relativistically intense laser pulses.

論文

Enhancement of maximum attainable ion energy in the radiation pressure acceleration regime using a guiding structure

Bulanov, S. S.*; Esarey, E.*; Schroeder, C. B.*; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; Pegoraro, F.*; Leemans, W. P.*

Physical Review Letters, 114(10), p.105003_1 - 105003_5, 2015/03

AA2014-0849.pdf:0.58MB

 被引用回数:20 パーセンタイル:13.11(Physics, Multidisciplinary)

It is shown that there is a fundamental limit on the maximum attainable ion energy, which is determined by the group velocity of the laser.

論文

Effect of electromagnetic pulse transverse inhomogeneity on ion acceleration by radiation pressure

Lezhnin, K.*; Kamenets, F. F.*; Beskin, V.*; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Bulanov, S. V.

Physics of Plasmas, 22(3), p.033112_1 - 033112_9, 2015/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:63.35(Physics, Fluids & Plasmas)

The transverse inhomogeneity effect is described analytically within the framework of a thin foil target model and with the particle-in-cell simulations showing that the maximum energy of accelerated ions decreases when the displacement from the axis of the target initial position increases.

論文

Acceleration of highly charged GeV Fe ions from a low-Z substrate by intense femtosecond laser

西内 満美子; 榊 泰直; Esirkepov, T. Z.; 西尾 勝久; Pikuz, T.*; Faenov, A.*; Skobelev, I. Yu.*; Orlandi, R.; 佐甲 博之; Pirozhkov, A. S.; et al.

Physics of Plasmas, 22(3), p.033107_1 - 033107_8, 2015/03

 被引用回数:38 パーセンタイル:1.6(Physics, Fluids & Plasmas)

200TWの超高強度レーザーパルスをミクロンメートルのアルミの薄膜に鉄の不純物を混ぜたターゲットに照射することで、ほぼフルストリップに近い鉄のイオンが0.9GeVで加速された。低エミッタンスで、重いイオンのビームが高いQ/Mで得られることは、いろいろな分野への応用が考えられ、例えば、既存加速器技術との融合によってコンパクトなRIイオン源の開発が考えられる。

論文

High-contrast, high-intensity petawatt-class laser and applications

桐山 博光; 森 道昭; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 今 亮; Esirkepov, T. Z.; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; 金崎 真聡*; et al.

IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 21(1), p.1601118_1 - 1601118_18, 2015/01

 被引用回数:40 パーセンタイル:2.13(Engineering, Electrical & Electronic)

原子力機構で開発を進めているペタワット級超高強度レーザーシステム(J-KARENレーザーシステム)の詳細な設計、動作特性、及び将来計画についての報告を招待論文(Invited paper)として行う。また、高い制御性を有する本レーザーシステムによる代表的な成果として、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

On the problems of relativistic laboratory astrophysics and fundamental physics with super powerful lasers

Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; Koga, J. K.; 近藤 公伯; Korn, G.*

Plasma Physics Reports, 41(1), p.1 - 51, 2015/01

 被引用回数:47 パーセンタイル:0.98(Physics, Fluids & Plasmas)

We discuss the ways towards modelling of astrophysical processes and extreme field regimes with superpower lasers. This will enable modelling under terrestrial laboratory conditions the processes in astrophysical objects and paves the way to experimental verifications using ultra intense lasers.

論文

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

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.

論文

High order harmonics 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. A.*; 河内 哲哉; 匂坂 明人; et al.

New Journal of Physics (Internet), 16(9), p.093003_1 - 093003_30, 2014/09

 被引用回数:15 パーセンタイル:21.56(Physics, Multidisciplinary)

We present a detailed description of our discovery of a new regime of high-order harmonic generation, including experimental data, simulations, and description of new harmonic generation mechanism. The harmonics are generated by multi-terawatt relativistic-irradiance ($$>$$ 10$$^{18}$$ W/cm$$^2$$) femtosecond ($$approx$$ 30-50 fs) lasers focused to gas jet targets. According to our model, the harmonics are produced by sharp, structurally stable, oscillating electron spikes at the joint of boundaries of wake and bow waves excited by the laser pulse.

論文

レーザー駆動量子ビーム科学推進のための超短パルス・高強度レーザー技術の高度化

桐山 博光; 神門 正城

プラズマ・核融合学会誌, 90(8), p.449 - 455, 2014/08

日本原子力研究開発機構量子ビーム応用研究部門では、ペタワット(PW=$$10^{15}$$W)級の極めて高いピーク出力を有するフェムト秒(fs=$$10^{-15}$$s)レーザーの開発とそれらを用いたレーザー駆動量子ビーム源の開発を行っている。本論文では、超高強度レーザーの増幅技術、時間・空間制御技術を述べるとともに、既に開始されている本超高強度レーザーのアップグレードに関しても簡単に触れる。また、新たなレーザー駆動量子ビーム科学研究領域の開拓を目指し、これらの超高強度レーザーを用いた利用研究の現状や将来展望についても紹介する。

論文

Status of laser Compton scattered $$gamma$$-ray source at JAEA 150-MeV microtron

羽島 良一; Ferdows, M.; 早川 岳人; 静間 俊行; 神門 正城; 大東 出*; Negm, H.*; 大垣 英明*

Proceedings of 5th International Particle Accelerator Conference (IPAC '14) (Internet), p.1943 - 1945, 2014/07

We have developed a laser Compton scattered $$gamma$$-ray source based on a 150-MeV racetrack microtron at Japan Atomic Energy Agency. The microtron equipped with a photocathode RF gun accelerates a single bunch of electrons to collide with a laser pulse from a Nd:YAG laser. Such $$gamma$$-ray source realizes industrial application of nuclear material detection in a ship cargo, which is one of the urgent requests of international nuclear security. Recent status of $$gamma$$-ray generation experiments and design study of a practical machine is presented.

論文

High power laser developments with femtosecond to nanosecond pulse durations for laser shock science and engineering

桐山 博光; 森 道昭; 鈴木 将之*; 大東 出*; 岡田 大; 越智 義浩; 田中 桃子; 佐藤 方俊*; 玉置 善紀*; 吉井 健裕*; et al.

レーザー研究, 42(6), p.441 - 447, 2014/06

原子力機構で開発している、(1)フェムト秒超高強度レーザーとしてOPCPA/Ti:sapphireハイブリッドレーザー、(2)ピコ秒高強度レーザーとしてOPCPA/Yb:YAGハイブリッドレーザー、(3)ナノ秒高平均出力レーザーとして半導体レーザー励起Nd:YAGレーザーについて、それらの構成及び動作特性について紹介する。

論文

Surface nano-structuring produced by spallation of metal irradiated by an ultrashort laser pulse

Inogamov, N. A.*; Zhakhovsky, V. V.*; Ashitkov, S. I.*; Emirov, Y. N.*; Faenov, A. Y.*; Pikuz, T. A.*; 石野 雅彦; 神門 正城; 長谷川 登; 錦野 将元; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 500(11), p.112070_1 - 112070_6, 2014/05

 被引用回数:13 パーセンタイル:0.95

超短パルスレーザーの照射によって金属表面に形成される構造とその形成機構についての報告である。複雑な形状のナノ構造はレーザーの照射によって融解した表面層の破砕的アブレーションによって形成されることが、実験結果および理論計算から示された。破砕的アブレーションは照射レーザーによって加熱融解された表面層の内部に形成される泡状構造の成長を伴っている。融解層はレーザーの照射後数ナノ秒後には凝固し、表面には泡状構造由来の複雑な形状のナノ構造が残ると考えられる。

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