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福田 祐仁; 松井 隆太郎*; 岩田 夏弥*; 岸本 泰明
no journal, ,
クラスターターゲットを用いたイオン加速のメカニズムを明らかにすることを目的に、原子・衝突緩和過程を取り入れた粒子コード(EPIC3D)を用いて、ヘリウム背景ガス中での炭素クラスター媒質と 高強度レーザーとの相互作用シミュレーションを行い、クラスター媒質中でのレーザーの伝播・吸収特性、粒子加速特性の詳細について解析した。その結果、(1)クーロン爆発による炭素イオンの加速、(2)クーロン爆発電場による背景ヘリウムイオンの圧縮・加速、媒質裏面近傍に形成される、(3)磁気渦、および、(4)シーズ電場による加速、などが多段的・相乗的に起こり、その結果、裏面から指向性を持った高エネルギーイオンが生成されることが示された。
福田 祐仁; 松井 隆太郎*; 岩田 夏弥*; 岸本 泰明
no journal, ,
近年のレーザー駆動イオン加速技術の進展により、数十MeVを超えるエネルギーのイオン発生が可能となってきている。我々は、クラスターターゲットの特性を上手く利用することで、高効率のイオン加速手法の開発に成功した。このクラスターターゲットと高強度レーザーとの相互作用の物理機構を明らかにするために粒子コードを用いたプラズマシミュレーションを実施した。その結果、いくつかの異なる加速メカニズムが複合的に組み合わさってイオン加速が実現されていることを見いだした。さらに、イオンの相対論領域では、クーロン爆発と融合した新しいイオン加速機構が発現することを見いだした。
金崎 真聡; 神野 智史*; 榊 泰直; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T. A.*; 西内 満美子; 桐山 博光; 神門 正城; 近藤 公伯; 松井 隆太郎; et al.
no journal, ,
高強度レーザーとクラスターターゲットとの相互作用によって加速されるイオンは、低エネルギー成分としてクラスターのクーロン爆発によって加速されるクラスターを構成するイオンと、その電場によって加速される背景ガスイオン、また、高エネルギー成分として高速電子に起因する磁気双極子渦の運動によってレーザー進行方向に加速されるイオンに大きく分類される。本研究では、これまでほとんど調べられてこなかった低エネルギー成分のイオンについて、クラスターを構成するイオンと背景ガスイオンの同時弁別計測を行った。その結果、最大で1.1MeV程度のクラスターを構成する炭素イオンと最大で1.5MeV程度の背景ガスイオンであるプロトンが加速されていることが明らかとなった。また実験を模擬した数値シミュレーションでは、実験と似た傾向の結果が得られており、クラスターのクーロン爆発による電場が背景ガスイオンの加速に寄与していることが明らかとなった。
福田 祐仁; 金崎 真聡; 神野 智史*; 榊 泰直; 西内 満美子; Faenov, A.*; Pikuz, T.*; 桐山 博光; 神門 正城; 近藤 公伯; et al.
no journal, ,
本研究では、関西光科学研究所J-KARENレーザーとクラスターターゲットとの相互作用によって加速されるイオンのうち、これまでほとんど調べられてこなかった低エネルギー成分のイオンについて、クラスターを構成するイオンと背景ガスイオンの同時弁別計測を行った。その結果、最大で1.1MeV程度のクラスターを構成する炭素イオンと最大で1.5MeV程度の背景ガスイオンであるプロトンが加速されていることが明らかとなった。実験を模擬した粒子コードシミュレーションは、実験結果をほぼ定量的に説明する結果となっており、クラスターのクーロン爆発による電場が背景ガスイオンの加速に寄与していることを示す結果が得られた。
福田 祐仁; 金崎 真聡; 神野 智史*; 榊 泰直; 西内 満美子; Faenov, A.*; Pikuz, T.*; 桐山 博光; 神門 正城; 近藤 公伯; et al.
no journal, ,
高強度レーザーとクラスターターゲットとの相互作用によって加速されるイオンは、低エネルギー成分としてクラスターのクーロン爆発によって加速されるクラスターを構成するイオンと、その電場によって加速される背景ガスイオン、また、高エネルギー成分として高速電子に起因する磁気双極子渦の運動によってレーザー進行方向に加速されるイオンに大きく分類される。本研究では、これまでほとんど調べられてこなかった低エネルギー成分のイオンについて、クラスターを構成するイオンと背景ガスイオンの同時弁別計測を行った。その結果、最大で1.1MeV程度のクラスターを構成する炭素イオンと最大で1.5MeV程度の背景ガスイオンであるプロトンが加速されていることが明らかとなった。また、実験を模擬した数値シミュレーションでは、実験と似た傾向の結果が得られており、クラスターのクーロン爆発による電場が背景ガスイオンの加速に寄与していることが明らかとなった。
金崎 真聡; 神野 智史*; 榊 泰直; Faenov, A.*; Pikuz, T. A.*; 西内 満美子; 桐山 博光; 神門 正城; 近藤 公伯; 松井 隆太郎; et al.
no journal, ,
クラスターターゲットを用いたイオン加速実験では、これまで高エネルギーイオンにのみ着目した計測が行われてきた。そこで本研究では、これまでほとんど調べられてこなかった低エネルギー成分のイオン計測を行い、背景ガスイオンの加速メカニズムの解明を目指した。磁場を用いたスペクトロメータにCR-39固体飛跡検出器を組み合わせ、計測体系を工夫することで、クラスターを構成する炭素及び酸素イオンと背景ガスイオンであるプロトンを完全に分離した計測に成功し、炭素及び酸素イオンが1MeV/n付近で急激に個数が減少するのに対して、プロトンは高エネルギー側に裾を引く形で1.6MeVまで加速されていることを明らかにした。また粒子コードを用いた数値計算も実験と同様の傾向を示しており、クラスターのクーロン爆発で生成される電場によって背景ガスイオンが加速されることが明らかとなった。
金崎 真聡; 神野 智史*; 榊 泰直; Faenov, A.*; Pikuz, T. A.*; 西内 満美子; 桐山 博光; 神門 正城; 近藤 公伯; 松井 隆太郎; et al.
no journal, ,
高強度レーザーとクラスターターゲットとの相互作用によって発生するイオンは、クーロン爆発によって等方的に加速される低エネルギー成分(
数MeV/n)に加え、高速電子に起因する磁気双極子渦の運動によってレーザー進行方向に加速される高エネルギー成分(
数MeV/n)が存在する。これまで、低エネルギー成分の中でも、特に背景ガスイオンの特性についてはほとんど調べられてこなかった。そこで本研究では、背景ガスイオンの加速メカニズムを明らかにすることを主な目的とし、クラスターを構成するイオンと背景ガスイオンのエネルギースペクトルをそれぞれ評価した。また、粒子コードシミュレーションと比較することで、クラスターがクーロン爆発する際に生成される電場によって背景ガスイオンが加速されるということを明らかにした。
福田 祐仁; 神野 智史*; 金崎 真聡*; 田中 宏尭; 榊 泰直; 近藤 公伯; 松井 隆太郎; 岸本 泰明*
no journal, ,
高繰り返し、超高純度陽子線源のための新たなターゲットとして、サブミクロンサイズの水素クラスターターゲットの開発を行っている。例えば、半径600nmの水素クラスターに集光強度10
W/cm
のレーザー光(パスル幅40fs)を照射した際には、約100MeVの陽子線が発生することがクーロン爆発モデルによって示唆されている。講演では、水素クラスターターゲットの開発の現状、および、大型計算機を用いた陽子線加速機構解明研究の現状、について紹介する。
福田 祐仁; 松井 隆太郎; 岩田 夏弥*; 岸本 泰明
no journal, ,
高強度レーザーとクラスター媒質との相互作用機構を明らかにするために、原子過程と緩和過程が考慮された相対論的3次元粒子コードを用い、二酸化炭素クラスターとヘリウムガスの系に対するシミュレーション研究を行った。その結果、(1)クラスターのクーロン爆発によるイオンの加速、(2)クーロン爆発により引き起こされた背景ヘリウムガスの圧縮と加速、(3)磁気渦の発生に伴う加速電場形成、(4)シース電場の形成、が相乗的に影響しイオン加速を実現していることが明らかとなった。
神野 智史*; 田中 宏尭*; 金崎 真聡; 榊 泰直; 近藤 公伯; 松井 隆太郎; 岸本 泰明; 福田 祐仁
no journal, ,
近年、レーザー技術の進展により、PW級レーザーが出現し、レーザー集光強度10W/cmでのイオン加速実験が可能となってきている。このような集光強度では、例えば、直径数百nmの水素クラスターのクーロン爆発によって100MeV級のクリーンな陽子線発生が可能である。また、相対論効果により、イオンがレーザー進行方向に指向性を持って加速されることも期待できる。これらのことを実証するため、本研究では、冷却機構付パルスバルブを用いた水素クラスターターゲット生成装置を開発し、Mie散乱を用いて生成した水素クラスターのサイズ計測を行った。現在までに背圧6MPa、温度25Kと50Kにおいて、直径400-2000nmの水素クラスターの存在を確認している。講演では水素クラスターサイズの温度依存性、粒子コードを用いた水素クラスターと高強度レーザーとの相互作用、などについて報告する。
松井 隆太郎; 福田 祐仁; 金崎 真聡; 榊 泰直; 岩田 夏弥*; 近藤 公伯; 岸本 泰明*
no journal, ,
クラスター媒質(クラスターと背景ガスで構成)と高強度レーザーとの相互作用によるイオン加速実験において、背景ガスイオンが加速されていることを示す実験結果が得られた。本研究では、この実験を模擬した2次元PICコードシミュレーションを行い、背景ガスイオンの加速メカニズムについて調べた。その結果、背景ガスイオンがクラスターのクーロン爆発電場により圧縮を受けて加速されることを見出した。また、イオンが、相対論効果による非等方なクーロン爆発電場を受けて、レーザー進行方向に加速されていることを示唆する結果も得られた。
金崎 真聡; 神野 智史; 榊 泰直; 西内 満美子; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.; 近藤 公伯; 小田 啓二*; 山内 知也*; 松井 隆太郎*; et al.
no journal, ,
クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速では、クーロン爆発によって等方的に発生する比較的低エネルギーの成分に加え、磁気双極子渦の運動によってレーザー進行方向に加速される高エネルギー成分が存在する。これまで、主にレーザー進行方向に発生する高エネルギーイオンについて、積層したCR-39固体飛跡検出器などを用いてエネルギースペクトルの計測が行われてきたが、発生するイオンの空間分布についてはほとんど調べられてこなかった。そこで本研究では、イオン加速メカニズムの解明を主目的としてMeV級のイオンの空間分布計測を試みた。集光点を取り囲むように設置したCR-39を解析したところ、レーザー軸上にはクーロン爆発のみでは説明できない複雑な加速機構が存在していることを示唆する結果が得られた。
金崎 真聡*; 神野 智史; 榊 泰直; 西内 満美子; 近藤 公伯; 小田 啓二*; 山内 知也*; 松井 隆太郎*; 岸本 泰明; Doria, D.*; et al.
no journal, ,
クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速実験においては、クーロン爆発によって等方的に発生する低エネルギー成分(数MeV/n)に加え、磁気双極子渦の運動によってレーザー進行方向に加速される高エネルギー成分(
数MeV/n)が存在する。本研究では、比較的低エネルギーのイオンについて、その空間分布とエネルギー分布の測定を試み、加速機構について検討した。
福田 祐仁; 神野 智史*; 金崎 真聡; 田中 宏尭; 榊 泰直; 近藤 公伯; 松井 隆太郎; 岸本 泰明
no journal, ,
冷却機構付パルス バルブを用いた水素クラスターターゲット生成装置を開発し、Mie散乱を用いて生成した水素クラスターのサイズ計測を行った。現在までに背圧6MPa、温度25Kにおいて、直径400-2000nmの水素クラスターの生成を確認している。二次元粒子コードを用いた水素クラスターと高強度レーザーとの相互作用シミュレーションは、1
10W/cmのレーザー集光強度において、クーロン爆発の結果数十MeVの陽子線が発生しうることを示唆している。さらに、レーザー光の磁場の効果により、クーロン爆発が非等方的に起こることも示唆された。
松井 隆太郎; 福田 祐仁; 川人 大希*; 岸本 泰明*
no journal, ,
クラスター媒質(クラスターと背景ガスで構成)と高強度レーザーとの相互作用によるイオン加速実験において、クラスターのクーロン爆発が背景ガスイオンの加速に寄与していることを示す実験結果が得られた。本研究では、この実験を模擬した2次元粒子シミュレーションを行い、背景ガス存在下でのクラスターの膨張ダイナミックスについて調べた。その結果、クーロン爆発するクラスターと背景ガスの接触面近傍での荷電分離とそれによる電場形成がクラスター膨張の構造やダイナミックスに重要な役割を果たすことを明らかにした。
福田 祐仁; 金崎 真聡*; 神野 智史*; 榊 泰直; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 桐山 博光; 神門 正城; 近藤 公伯; Pikuz, T. A.*; et al.
no journal, ,
クラスターターゲットを用いたイオン加速実験において、クラスターを構成する炭素イオンと背景ガスの水素イオンとを分別したエネルギー分布計測に成功し、それぞれ、1.1MeV/nと1.6MeVまで加速されていることを明らかにした。実験で得られたエネルギー分布形状を粒子コードシミュレーション結果と比較し、クラスターのクーロン爆発で生成される電場によって背景ガスイオンが加速されていることを明らかにした。また、冷却機構付パルスバルブを用いた水素クラスターターゲット生成装置を開発し、Mie散乱を用いて生成した水素クラスターのサイズ計測を行った。現在までに背圧6MPa、温度25Kと50Kにおいて、直径400-2000nmの水素クラスターの存在を確認している。
田中 宏尭; 神野 智史*; 金崎 真聡*; 榊 泰直; 近藤 公伯; 松井 隆太郎; 岸本 泰明; 福田 祐仁
no journal, ,
高繰り返し動作可能な陽子線源のための新たなターゲットとして、サブミクロンサイズの水素クラスターターゲットの開発を行っている。水素クラスターターゲットは水素のみで構成され、レーザー光照射によるクーロン爆発によって不純物のないクリーンな陽子線を得ることが可能である。例えば、直径800nmの水素クラスターに集光強度10W/cmのレーザー光を照射した際には、46MeVの陽子線が発生することがクーロン爆発モデルによって示唆されている。本研究では、クラスターサイズを変化させることによるエネルギー可変の陽子線源を開発することを目的として、水素クラスターサイズの圧力、及び、温度依存性について調べた。
松井 隆太郎; 福田 祐仁; 川人 大希*; 岸本 泰明*
no journal, ,
最大集光強度が1.010 W/cm
に達する高強度レーザーと、半径600 nmの水素クラスターターゲットとの相互作用を模擬する三次元PICシミュレーションを行い、得られるイオンのエネルギーについて調べた。その結果、クーロン爆発電場に加え、ローレンツ力の磁場成分JBにより前方へ加速された電子により、イオンを前方へ加速させるシース電場が形成され、これらの電場によりプロトンが前方へ約100MeVにまで加速されることを見いだした。この結果は、サブミクロンサイズの水素クラスターとJ-KAREN-Pレーザーを用いることで、100MeVに達するプロトンが得られることを示唆している。
松井 隆太郎; 福田 祐仁; 川人 大希*; 岸本 泰明*
no journal, ,
相対論的電磁粒子コードEPIC3Dを用いて、クラスター媒質(サブミクロンサイズの水素クラスターと背景水素ガスで構成)と最大集光強度が1.010 W/cmに達する高強度レーザーとの相互作用を模擬する三次元数値シミュレーションを行い、得られるイオンのエネルギーについて調べた。その結果、等方的なクーロン爆発電場に加え、ローレンツ力の磁場成分JBにより前方へ加速された電子により、イオンを前方へ加速させる非等方的なシース電場が形成され、これらの重ねあわせによる非等方なクーロン爆発電場により、プロトンが前方へ約100MeVにまで加速されることを見いだした。
松井 隆太郎; 福田 祐仁; 川人 大希*; 岸本 泰明*
no journal, ,
クラスター媒質(CO
クラスターと背景水素ガスで構成)と最大集光強度が10
W/cmの高強度レーザーとの相互作用によるイオン加速実験において、1.6MeVにまで加速された背景ガスイオンが得られた。本研究では、この実験を模擬したパラメータ領域で、二次元、および、三次元PICシミュレーションを行い、背景ガスイオンの加速メカニズムについて調べた。その結果、クラスターの膨張面、および、背景ガスの圧縮面に形成される電場が背景ガスイオンを加速することを見いだした。また、実験結果とよく似た傾向を示すイオンのエネルギースペクトルが得られた。