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論文

Stabilization of radiation reaction with vacuum polarization

瀬戸 慧大*; Zhang, S.*; Koga, J. K.; 長友 英夫*; 中井 光男*; 三間 圀興*

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2014(4), p.043A01_1 - 043A01_10, 2014/04

 被引用回数:9 パーセンタイル:59.74(Physics, Multidisciplinary)

From the development of the electron theory by H. A. Lorentz in 1906, many authors have tried to reformulate this model. P. A. M. Dirac derived the relativistic-classical electron model in 1938, which is now called the Lorentz-Abraham-Dirac model. But this model has the big difficulty of the run-away solution. Recently, this equation has become important for ultra-intense laser-electron (plasma) interactions. For simulations in this research field, it is desirable to stabilize this model of the radiation reaction. In this paper, we will discuss this ability for radiation reaction with the inclusion of vacuum polarization.

論文

Theoretical study of ultrarelativistic laser-electron interaction with radiation reaction

瀬戸 慧大*; 長友 英夫*; Koga, J. K.; 田口 俊弘*; 三間 圀興*

EPJ Web of Conferences, 59, p.17020_1 - 17020_4, 2013/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.1

When the laser intensity becomes higher than 10$$^{22}$$ W/cm$$^2$$, the motion of the electron becomes relativistic with the large radiation. This radiation energy loss transferred to the kinetic energy loss of the electron, is treated as an external force, the "radiation reaction force". We show the new equation of motion with radiation reaction and the simulation method and result of single electron system or dual electrons system with Li$'e$nard-Wiechert field interaction.

論文

Radiation reaction in ultrarelativistic laser-spinning electron interactions

瀬戸 慧大*; 長友 英夫*; Koga, J. K.; 三間 圀興*

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2013(5), p.053A01_1 - 053A01_10, 2013/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:22.1(Physics, Multidisciplinary)

The intensity of ultra-short pulse lasers has reached $$10^{22}$$ W/cm$$^2$$ owing to the advancements in laser technology. The large radiation from the electron behaves something like resistance in this ultrarelativistic laser-electron interaction. This effect is called the "radiation reaction". The equation of motion with the radiation reaction is known as the Lorentz-Abraham-Dirac equation; however, this equation does not incorporate the spin property. In laser plasmas, classical physics descriptions are preferred for simulations. This paper discusses how to describe the radiation reaction of a spinning relativistic electron in classical dynamics.

論文

レーザー核融合の産業波及効果

中井 貞雄*; 井澤 靖和*; 藤田 雅之*; 近藤 公伯; 大道 博行; 三間 圀興*; 佐宗 章弘*

オプトロニクス, 31(9), p.134 - 142, 2012/09

高強度レーザーを用いた研究としてレーザー核融合の研究は歴史が古く、特に、この研究から派生した技術や新たな研究分野は多い。本論文では、そのようなレーザー核融合研究に関連する、特に産業分野への応用研究として、EUV光源,非熱加工,粒子線加速,中性子源,宇宙応用,原子炉除染・解体といったトピックを紹介する。

論文

Theoretical study of ultra-relativistic laser electron interaction with radiation reaction by quantum description

瀬戸 慧大*; 長友 英夫*; Koga, J. K.; 三間 圀興*

Plasma and Fusion Research (Internet), 7(Sp.1), p.2404010_1 - 2404010_4, 2012/02

In the near future, the intensity of the ultra-short pulse laser will reach to $$10^{22}$$ W/cm$$^2$$. When an electron is irradiated by this laser, the electron's behavior is relativistic with a significant bremsstrahlung. This radiation from the electron is regarded as the energy loss of electron. Therefore, the electron's motion is changed because of the kinetic energy changing. This radiation effect on the charged particle is the self-interaction, called the "radiation reaction" or the "radiation damping". For that reason, the radiation reaction appears in laser electron interactions with an ultra-short pulse laser whose intensity becomes larger than $$10^{22}$$ W/cm$$^2$$. In the classical theory, it is described by the Lorentz-Abraham-Dirac (LAD) equation. We propose the new equation of motion in the quantum theory with a radiation reaction in this paper.

論文

Equation of motion with radiation reaction in ultrarelativistic laser-electron interactions

瀬戸 慧大*; 長友 英夫*; Koga, J. K.; 三間 圀興*

Physics of Plasmas, 18(12), p.123101_1 - 123101_8, 2011/12

 被引用回数:9 パーセンタイル:41.88(Physics, Fluids & Plasmas)

The intensity of the ultra-short pulse lasers has reached 10$$^{22}$$ W/cm$$^2$$ owing to the advancements of laser technology. When the motion of an electron becomes relativistic, bremsstrahlung accompanies it. The energy from this bremsstrahlung corresponds to the energy loss of the electron; therefore, the motion of the electron deviates from the case without radiation. The radiation behaves something like resistance. This effect called "radiation reaction" or "radiation damping" and the force converted from the radiation is named the "radiation reaction force" or the "damping force". The equation of motion with the reaction force is known as the Lorentz-Abraham-Dirac equation, but the solution of this equation isn't physical due to the fact that it has a "run-away" solution. As one solution of this problem, we have derived a new equation which takes the place of the Lorentz-Abraham-Dirac equation. We'll show the validity of this equation with a simple theoretical analysis.

論文

Experimental evidence of nonthermal acceleration of relativistic electrons by an intensive laser pulse

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:13 パーセンタイル:63.88(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。

論文

Model experiment of cosmic ray acceleration due to an incoherent wakefield induced by an intense laser pulse

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:16 パーセンタイル:61.53(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。

論文

FIREX project and effects of self-generated electric and magnetic fields on electron-driven fast ignition

三間 圀興*; 砂原 淳*; 白神 宏之*; 西村 博明*; 疇地 宏*; 中村 龍史; 城崎 知至*; 長友 英夫*; Garcia, C.*; Veralde, P.*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 52(12), p.124047_1 - 124047_6, 2010/12

 被引用回数:9 パーセンタイル:37.31(Physics, Fluids & Plasmas)

高速点火核融合は少ないレーザーエネルギーで核融合反応を実現できると期待されている。大阪大学では10kJ, 10psの点火用レーザー(LFEX)を建設中である。現在までに、全4本のビームのうち1本のビームを完成させ統合実験を進めており、幾つか新しい課題が明らかとなってきた。特に、プリパルスによる膨張プラズマの形成により、点火用レーザーのエネルギーが効果的に電子へ変換されていないことが示唆されている。本論文では、プリプラズマの制御を目的としたターゲットのコーティング、また、ダブルコーン形状の採用による電子運動の制御について提案を行った。

論文

Correlation between laser accelerated MeV proton and electron beams using simple fluid model for target normal sheath acceleration

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:11 パーセンタイル:43.56(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$$^{18}$$ - 10$$^{19}$$ W/cm$$^2$$ with $$S$$-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.

論文

Tomography of an ultrafast laser driven proton source

Ter-Avetisyan, S.*; Schn$"u$rer, M.*; Nickles, P. V.*; Sandner, W.*; Borghesi, M.*; 中村 龍史; 三間 圀興*

Physics of Plasmas, 17(6), p.063101_1 - 063101_6, 2010/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:29.99(Physics, Fluids & Plasmas)

多重チャネルトムソンスペクトロメーターを用いてレーザーにより加速されたプロトンの放射特性の解析を行った。この結果、レーザーにより加速されたプロトンビームは高エネルギー成分はよく知られているように、仮想アノードから放出されたラミナー流のように振る舞うが、低エネルギー成分は次第に集束する傾向があることがわかった。プロトンの放出角はエネルギー及びターゲット面での位置に依存することを示し、その関係を明らかにした。この結果、プロトンの運動量分布をその発生点を決められることで変えることが可能であることがわかった。

論文

Correlation of spectral, spatial, and angular characteristics of an ultrashort laser driven proton source

Ter-Avetisyan, S.*; Schn$"u$rer, M.*; Nickles, P. V.*; Sandner, W.*; 中村 龍史; 三間 圀興*

Physics of Plasmas, 16(4), p.043108_1 - 043108_6, 2009/04

 被引用回数:24 パーセンタイル:70.07(Physics, Fluids & Plasmas)

レーザー駆動イオンの秩序だった振る舞いについて実験的に調べた。加速ビーム群の発生点,放出角に関するスペクトルを解析することで、加速されたイオンの空間及び角度分布の相関を調べた。平板ターゲットと球形のレーザー照射分布の場合、プロトン源の分布はターゲット裏面において軸対称である。このとき、プロトン源の各点から発生したプロトンの振る舞いは、エネルギーが高いほどソースサイズは小さく、かつ放出角度が大きくなっていることが明らかとなった。

論文

Guiding and confining fast electrons by transient electric and magnetic fields with a plasma inverse cone

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:46.02(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。

論文

Hydrothermal-method-grown ZnO single crystal as fast EUV scintillator for future lithography

中里 智治*; 古川 裕介*; 田中 桃子; 巽 敏博*; 錦野 将元; 山谷 寛*; 永島 圭介; 木村 豊秋*; 村上 英利*; 斎藤 繁喜*; et al.

Journal of Crystal Growth, 311(3), p.875 - 877, 2009/01

 被引用回数:24 パーセンタイル:87.06(Crystallography)

水熱合成法により成長させた酸化亜鉛の、ニッケル様銀X線レーザー励起による発光の温度依存性を評価した。室温では発光のピーク386nm, 半値全幅15nmであったが、結晶の温度を25Kまで冷却するにつれて発光は短波長シフトし、波長幅も狭くなった。105Kでのストリーク像は寿命0.88nsと2.7nsの2成分で表すことができた。この発光寿命はリソグラフィーに関連した応用研究に用いるのに適切であり、ナノ秒程度の時間幅を持つレーザープラズマEUV光源の評価を行うのに十分な時間スケールである。

論文

Time-resolved fluorescence spectrum of wide-gap semiconductors excited by 13.9 nm X-ray laser

田中 桃子; 古川 裕介*; 中里 智治*; 巽 敏博*; 村上 英利*; 清水 俊彦*; 猿倉 信彦*; 錦野 将元; 河内 哲哉; 鏡谷 勇二*; et al.

X-Ray Lasers 2008; Springer Proceedings in Physics Series, Vol.130, p.501 - 505, 2009/00

本研究では、ZnOとGaNの単結晶について波長13.9nmのX線レーザー励起による時間分解発光計測を行い、UV励起の場合と比較し、EUV用シンチレーション物質としての評価を行った。ZnOに関しては、380nm付近に寿命3ns程度のエキシトン由来の発光が観測され、この振る舞いはUV励起の場合と同様であった。この波長領域の発光は利用が比較的容易であり、シンチレーターとして有用であることを示している。一方GaNに関しては、ZnOと比べて発光寿命が長くまたEUV励起とUV励起で発光の時間減衰が異なることがわかった。このことから、EUV用シンチレーターとしてはZnOの方が理想的であるといえる。また、X線レーザーがEUVを光源とする次世代リソグラフィーの周辺物質の評価などに有用であることが示された。

論文

ZnO as fast scintillators evaluated with Ni-like Ag laser

古川 裕介*; 田中 桃子; 村上 英利*; 斎藤 繁喜*; 猿倉 信彦*; 錦野 将元; 山谷 寛; 西村 博明*; 三間 圀興*; 鏡谷 勇二*; et al.

レーザー研究, 36(APLS), p.1028 - 1030, 2008/12

EUV領域の光学技術は、この波長領域の光が次世代リソグラフィーの光源として有望であることから盛んに研究されている。短パルス、高輝度のEUVレーザーはこの波長領域の物性研究を推進するのに適した光源である。ここでは、13.9nmのニッケル様銀EUV線レーザーを励起光源として用い、酸化亜鉛のシンチレーション特性について計測した結果を報告する。計測は、試料にEUVレーザーパルスを照射し、分光ストリークカメラを用いて発光の時間分解分光計測を行った。その結果、発光寿命3ns、中心波長380nm発光が観測され、酸化亜鉛がEUV用シンチレーターとして好適であることが見いだされた。

論文

Probing of nonlinear evolution of laser wakefield by Raman scattering of laser light

Zhou, W.*; 三間 圀興*; 中村 龍史; 長友 英夫*

Physics of Plasmas, 15(9), p.093107_1 - 093107_6, 2008/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:30.94(Physics, Fluids & Plasmas)

レーザー航跡場中に低強度のプローブレーザーを照射すると、プローブレーザーは航跡場と相互作用することでラマン散乱される。この散乱光のスペクトルから航跡場の密度分布に関する情報を得ることができる。過去の研究では、ラマン散乱による幾つかのサイドバンドを持つスペクトルが解析的に得られている。これらの解析をさらに発展させ、より詳細なプラズマ分布の情報が得られることを示した。このモデルは1次元の粒子シミュレーションにより検証され、両者はよい一致を示した。また過去の実験結果を再現することを示した。

論文

Spectrum modulation of relativistic electrons by laser wakefield

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:20.01(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。

論文

Temperature dependence of scintillation properties for a hydrothermal-method-grown zinc oxide crystal evaluated by nickel-like silver laser pulses

古川 裕介*; 田中 桃子; 中里 智治*; 巽 敏博*; 錦野 将元; 山谷 寛; 永島 圭介; 木村 豊秋; 村上 英利*; 斎藤 繁喜*; et al.

Journal of the Optical Society of America B, 25(7), p.B118 - B121, 2008/07

 被引用回数:24 パーセンタイル:74.95(Optics)

波長13.9nmのEUVレーザーを励起光源として用いた計測により、ZnOとGaNがこの波長領域で優れたシンチレーターであることが見いだされた。特に、ZnOは発光寿命が3nsと短く、380nm付近に明瞭な発光ピークを観測することができた。

論文

Magnetic-dipole vortex generation by propagation of ultraintense and ultrashort laser pulses in moderate-density plasmas

中村 龍史; 三間 圀興*

Physical Review Letters, 100(20), p.205006_1 - 205006_4, 2008/05

 被引用回数:32 パーセンタイル:80.41(Physics, Multidisciplinary)

臨界密度近傍の比較的高いガス密度プラズマ中に超高強度・超短パルスレーザーを伝播させた場合、孤立した磁気双極渦が形成されることを明らかにした。レーザーエネルギーがプラズマにすべて吸収された後、磁気渦が形成される。そこでは、磁気圧が背景電子を磁場領域から排斥することで空孔ができ、強い静電場が誘起される。この静電場により電子が空孔の中心に引き込まれることで電流が誘起され、磁場渦構造を形成する。この磁気渦により加速された電子のエネルギースペクトルは非熱的でかつ非常に高いエネルギーを持つ。磁気渦構造は電磁力学的平衡条件から説明され、磁気渦の構造及びその形成条件を明らかにした。この理論モデルは2次元粒子シミュレーションとよい一致を見せた。このような亜臨界密度プラズマ中での電子加速は、エネルギー変換効率が高く非熱的速度分布を持つことなどからイオン加速への応用が期待される。

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