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Lan, Z.*; 有川 安信*; Mirfayzi, S. R.*; Morace, A.*; 早川 岳人*; 佐藤 博隆*; 加美山 隆*; Wei, T.*; 巽 湧太*; 小泉 光生; et al.
Nature Communications (Internet), 15, p.5365_1 - 5365_7, 2024/07
The temperature measurement of material inside of an object is one of the key technologies for control of dynamical processes. For this purpose, various techniques such as laser-based thermography and phase-contrast imaging thermography have been studied. However, it is, in principle, impossible to measure the temperature of an element inside of an object using these techniques. One of the possible solutions is measurements of Doppler brooding effect in neutron resonance absorption (NRA). Here we present a method to measure the temperature of an element or an isotope inside of an object using NRA with a single neutron pulse of approximately 100 ns width provided from a high-power laser. We demonstrate temperature measurements of a tantalum (Ta) metallic foil heated from the room temperature up to 617 K. Although the neutron energy resolution is fluctuated from shot to shot, we obtain the temperature dependence of resonance Doppler broadening using a reference of a silver (Ag) foil kept to the room temperature. A free gas model well reproduces the results. This method enables element(isotope)-sensitive thermometry to detect the instantaneous temperature rise in dynamical processes.
Rapp, L.*; 松岡 健之*; Firestein, K. L.*; 寒河江 大輔*; 羽原 英明*; 向井 啓一郎*; 田中 和夫*; Gamaly, E. G.*; 兒玉 了祐*; 瀬戸 雄介*; et al.
Physical Review Research (Internet), 6(2), p.023101_1 - 023101_18, 2024/04
固体表面に超相対論的強度のレーザーパルスを照射すると表面にプラズマが発生し、内部は超高圧状態になることが知られている。本研究ではシリコン単結晶に当該レーザーを照射し、内部に生成された高圧相の結晶構造分析をBL22XU(JAEA-BL)の応力・イメージングステーションの回折システムにより実施した。その結果、内部には体心、菱面体、六方晶、正方晶というシリコンが持つといわれている高圧相の存在が確認された。今後は、さらにデータの蓄積を図り、材料内部の構造、強度、機能性制御への発展を図っていきたいと考えている。
余語 覚文*; Lan, Z.*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; Mirfayzi, S. R.*; Wei, T.*; 森 隆人*; Golovin, D.*; 早川 岳人*; 岩田 夏弥*; et al.
Physical Review X, 13(1), p.011011_1 - 011011_12, 2023/01
被引用回数：15 パーセンタイル：95.09(Physics, Multidisciplinary)Neutrons are powerful tools for investigating the structure and properties of materials used in science and technology. Recently, laser-driven neutron sources (LDNS) have attracted the attention of different communities, from science to industry, in a variety of applications, including radiography, spectroscopy, security, and medicine. However, the laser-driven ion acceleration mechanism for neutron generation and for establishing the scaling law on the neutron yield is essential to improve the feasibility of LDNS. In this paper, we report the mechanism that accelerates ions with spectra suitable for neutron generation. We show that the neutron yield increases with the fourth power of the laser intensity, resulting in the neutron generation of 
in 
at a maximum, with 
Wcm
, 900 J, 1.5 ps lasers. By installing a "hand-size" moderator, which is specially designed for the LDNS, it is demonstrated that the efficient generation of epithermal (0.1-100 eV) neutrons enables the single-shot analysis of composite materials by neutron resonance transmission analysis (NRTA). We achieve the energy resolution of 2.3% for 5.19-eV neutrons 1.8 m downstream of the LDNS. This leads to the analysis of elements and isotopes within sub-
s times and allows for high-speed nondestructive inspection.
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：7 パーセンタイル：37.60(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。
Pikuz, T.*; Faenov, A.*; 松岡 健之*; 松山 智至*; 山内 和人*; 尾崎 典雅*; Albertazzi, B.*; 犬伏 雄一*; 矢橋 牧名*; 登野 健介*; et al.
Scientific Reports (Internet), 5, p.17713_1 - 17713_10, 2015/12
被引用回数：39 パーセンタイル：87.40(Multidisciplinary Sciences)we report, that by means of direct irradiation of lithium fluoride a (LiF) crystal, in situ 3D visualization of the SACLA XFEL focused beam profile along the propagation direction is realized, including propagation inside photoluminescence solid matter. High sensitivity and large dynamic range of the LiF crystal detector allowed measurements of the intensity distribution of the beam at distances far from the best focus as well as near the best focus and evaluation of XFEL source size and beam quality factor M2. Our measurements also support the theoretical prediction that for X-ray photons with energies 
10 keV the radius of the generated photoelectron cloud within the LiF crystal reaches about 600 nm before thermalization. The proposed method has a spatial resolution 0.4-2.0 micron for photons with energies 6-14 keV and potentially could be used in a single shot mode for optimization of different focusing systems developed at XFEL and synchrotron facilities.
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：10 パーセンタイル：48.27(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 m and a linear response with a dynamic range of at least 10
. 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.
Zhidkov, A.*; 益田 伸一*; Bulanov, S. S.*; Koga, J. K.; 細貝 知直*; 兒玉 了祐*
Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(5), p.054001_1 - 054001_7, 2014/05
被引用回数：12 パーセンタイル：61.67(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.*; 兒玉 了祐*
Physics of Plasmas, 20(8), p.083113_1 - 083113_10, 2013/08
被引用回数：21 パーセンタイル：66.34(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.
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：71.50(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.
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
http://www.springer.com/physics/atomic,+molecular,+optical+%26+plasma+physics/book/978-3-642-18326-3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1020MeV/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。
蔵満 康浩*; 中新 信彦*; 近藤 公伯; 坂和 洋一*; 森 芳孝*; 三浦 永祐*; 辻 和樹*; 木村 和哉*; 福持 修司*; 柏原 守*; et al.
Physical Review E, 83(2), p.026401_1 - 026401_6, 2011/02
被引用回数：17 パーセンタイル：66.39(Physics, Fluids & Plasmas)宇宙に漂う宇宙線に含まれる粒子線のエネルギー分布は冪乗に比例する傾向を持つことが知られており、したがって、そのような宇宙線の起源を知るうえで非熱的な加速機構を考えることは本質的である。このような宇宙線の起源の候補として宇宙における衝撃波に沿った相対論的な航跡場加速が考えられている。ここではそのような航跡場をプラズマ中に入射した強力なレーザー光による航跡場による加速として扱い、実験室における天文物理を展開した。
蔵満 康浩*; 中新 信彦*; 近藤 公伯; 坂和 洋一*; 森 芳孝*; 三浦 永祐*; 辻 和樹*; 木村 和哉*; 福持 修司*; 柏原 守*; et al.
Physics of Plasmas, 18(1), p.010701_1 - 010701_4, 2011/01
被引用回数：20 パーセンタイル：63.10(Physics, Fluids & Plasmas)大振幅の光波を有する強力なレーザーパルスを代用することで実験室中のプラズマに宇宙の衝撃波環境のモデル実験を行った。強力なレーザーパルスを爆縮するポリスチレンのシリンダー中で伝搬させ宇宙衝撃波の上流のプラズマ中を伝搬する大振幅光波を模擬した。非熱平衡な電子が生成され、そのスペクトルは2乗の冪に従った。
中村 龍史; 反保 元伸; 兒玉 了祐*; Bulanov, S. V.; 神門 正城
Physics of Plasmas, 17(11), p.113107_1 - 113107_6, 2010/11
被引用回数：40 パーセンタイル：80.66(Physics, Fluids & Plasmas)レーザーからプラズマへのエネルギー変換効率の増加を目的に、高コントラストレーザーとフォームターゲットとの相互作用の解明を粒子シミュレーションコードを用いて行った。レーザーと物質との相互作用領域には、プレパルスにより生成される膨張プラズマが存在する。この相互作用領域のプラズマ密度分布を制御するために、密度が固体密度に比べ23桁程度低いフォームターゲットを利用することを提案する。フォームによるプラズマ密度分布の制御には、同時に高コントラストレーザーを使う必要がある。このため、レーザー・フォーム相互作用においてはメインパルスによるターゲットのイオン化プロセスが重要な過程となる。シミュレーションの結果、イオン化によりイオン密度の周期構造が現れることが明らかとなった。また、フォームターゲットを体積加熱する結果、高エネルギー電子の発生量が増大し、エネルギー変換効率が大幅に増加することがわかった。フォームターゲットのパラメターを適切に選ぶことで、レーザー加速イオンのエネルギーの増大が可能であることを示した。
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：38.92(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.
反保 元伸; 粟野 信哉*; Bolton, P.; 近藤 公伯; 三間 圀興*; 森 芳孝*; 中村 浩隆*; 中堤 基彰*; Stephens, R. B.*; 田中 和夫*; et al.
Physics of Plasmas, 17(7), p.073110_1 - 073110_5, 2010/07
被引用回数：12 パーセンタイル：41.50(Physics, Fluids & Plasmas)High density energetic electrons that are created by intense laser plasma interactions drive MeV proton acceleration. Correlations between accelerated MeV protons and electrons are experimentally investigated at laser intensities in the range, 10
- 10
W/cm with 
-polarization. Observed proton maximum energies are linearly proportional to the electron slope temperatures with a scaling coefficient of about 10. Experimental results also indicate that, in the context of the simple analytical fluid model for transverse normal sheath acceleration, the ion (proton) density is comparable to density of the hot electron cloud near the target rear surface if an empirical acceleration time is assumed.
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：169 パーセンタイル：96.68(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
)で、イオンの加速エネルギー1020MeV/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。
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.
AIP Conference Proceedings 1153, p.85 - 93, 2009/07
本研究では、ガスと固体との中間体であり、不連続媒質であるクラスターに着目し、高強度レーザーとクラスターターゲットとの高度に非線形な相互作用により生成する臨界密度近傍プラズマ中での磁場を介したイオン加速実験を行った。真空中でレーザーと相互作用するクラスターターゲットは、背景ガス(アンダーデンスプラズマを生成)とクラスター(オーバーデンスプラズマを生成)との混合体であるため、レーザーとクラスターターゲットのパラメータを適切にコントロールすることで、臨界密度近傍プラズマ"を自在に生成させることができる。われわれは、このクラスターターゲットを用いた実験により、レーザー光の"自己収束"による23mm長のレーザー光ガイディングと1020MeV/nのイオン加速を実証した。
Lei, A. L.*; Cao, L. H.*; Yang, X. Q.*; 田中 和夫*; 兒玉 了祐*; He, X. T.*; 三間 圀興*; 中村 龍史; 乗松 孝好*; Yu, W.*; et al.
Physics of Plasmas, 16(2), p.020702_1 - 020702_4, 2009/02
被引用回数：12 パーセンタイル：41.88(Physics, Fluids & Plasmas)反転コーンにおける高速電子の伝播に関するシミュレーション及び実験的研究を行った。コーン形状ターゲットは高速点火核融合において、高エネルギー発生及びレーザーの集光を目的として利用されている。本研究では、コーンターゲットを電子のガイディングを目的として利用することが可能であることを示した。反転コーンの先端部にレーザーを照射することで、多くの高速電子が発生する。これらの電子はコーンの側面に誘起される電磁場によってガイドされることがシミュレーションにより確認された。この現象を大型レーザーを使った実験により調べ、大電流が発生する場合においても電子のガイディングが起こることが確認された。
中村 浩隆*; Chrisman, B.*; 谷本 壮*; Borghesi, M.*; 近藤 公伯; 中堤 基彰*; 乗松 孝好*; 反保 元伸; 田中 和夫*; 薮内 俊毅*; et al.
Physical Review Letters, 102(4), p.045009_1 - 045009_4, 2009/01
被引用回数：25 パーセンタイル：74.50(Physics, Multidisciplinary)コーンターゲットと超高強度レーザーの相互作用に関し、コーン中のフォーカス位置を変えて観測した。コーン先端に集光した場合は発生電子の温度は高々1MeV程度だったが、コーン先端からわずかにずらして集光することで10MeV以上の高温電子の発生が認められた。効率の良い加熱はコーン先端に設けたプラスチックワイヤーからの中性子発生によっても確かめられた。
中新 信彦*; 近藤 公伯; 蔵満 康浩*; 森 芳孝*; 三浦 永祐*; 辻 和樹*; 木村 和也*; 福持 修司*; 柏原 守*; 谷本 壮*; et al.
Applied Physics Letters, 93(8), p.081501_1 - 081501_3, 2008/08
被引用回数：4 パーセンタイル：18.52(Physics, Applied)中空のプラスチックシリンダーを爆縮して過渡的に長尺プラズマチューブを発生し、そこへPWレーザーを入射して相対論電子を発生した。長尺プラズマチューブの条件を変えることで発生相対論電子のスペクトル変調が可能であることが判明した。