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論文

Time-resolved soft X-ray imaging of femtosecond laser ablation process in metals

富田 卓朗*; 錦野 将元; 長谷川 登; 南 康夫*; 武井 亮太*; 馬場 基芳*; 江山 剛史*; 高吉 翔大*; 海堀 岳史*; 守田 利昌; et al.

Journal of Laser Micro/Nanoengineering, 9(2), p.137 - 142, 2014/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:32.34(Nanoscience & Nanotechnology)

リップル形成やナノアブレーションなどのフェムト秒レーザーアブレーションに関する基礎的なメカニズムは理解されていない。単一パルス照射によって引き起こされる基礎過程を理解するために、我々はプラズマ励起軟X線レーザー(波長13.9nm)による軟X線反射率計測を用いて、白金, 金, タングステンにおけるアブレーションフロントの表面状態についての計測を開始した。ガウス型の強度分布を持ったフェムト秒チタンサファイアレーザー光(波長795nm)をポンプ光とし、局所フルエンスに対するアブレーションダイナミクスの依存性を明らかにすることを試みている。ポンプ光とプローブ光のタイミングジッターをさけるために、X線ストリークカメラを用いたタイミング計測手法を開発しすべてのショットにおいてタイミング計測を行った。ポンプ・プローブ実験結果から金属の種類によって、その軟X線反射像の時間経過や中心のアブレーション痕の周りに発生するダークリングと呼ばれる軟X線低反射領域の形成が大きく違うことを確認した。これらの実験結果は、フェムト秒レーザーアブレーションにおける数値シミュレーションのベンチマークとなると考えられる。

論文

Prepulse and amplified spontaneous emission effects on the interaction of a petawatt class laser with thin solid targets

Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; 砂原 淳*; 守田 利昌; 錦野 将元; 影山 慶*; 長友 英夫*; 西原 功修; 匂坂 明人; 小瀧 秀行; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 745, p.150 - 163, 2014/05

 被引用回数:40 パーセンタイル:96.82(Instruments & Instrumentation)

When a finite contrast petawatt laser pulse irradiates a micron-thick foil, a prepulse creates a preplasma, where an ultrashort relativistically strong portion of the laser pulse acquires higher intensity due to relativistic self-focusing and undergoes fast depletion transferring energy to fast electrons. If the preplasma thickness is optimal, the main pulse can reach the target generating fast ions more efficiently than an ideal, infinite contrast, laser pulse. The optimal conditions for hundreds of MeV ion acceleration are found with accompanying effects important for diagnostics, including high-order harmonics generation.

論文

Approach towards quasi-monoenergetic laser ion acceleration with doped target

守田 利昌

Physics of Plasmas, 21(5), p.053104_1 - 053104_8, 2014/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:17.45(Physics, Fluids & Plasmas)

レーザーイオン加速において、炭素と水素を含んだ物質からなる円盤ターゲットを用いた場合について、3次元PICシミュレーションを用いて調査した。620TW, 5$$times10^{21}$$W/cm$$^2$$のレーザーパルスを用い、200MeVの陽子が得られることが示される。ポリエチレン(CH$$_2$$)のターゲットにおいて、陽子と炭素イオンは、radiation pressure accelerationの効果により2層に分離する。この2層に分離した状況での各層の激しいクーロン爆発と各層間の電荷反発力の効果で高エネルギー陽子が生成される。炭素の円盤に水素をドープさせたドープドターゲットは、ダブルレイヤーターゲットを形成する。そして、準単色の陽子ビームを生成する。

論文

Observation of the laser-induced surface dynamics using the single-shot soft X-ray laser probe

長谷川 登; 越智 義浩; 河内 哲哉; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 海堀 岳史; 守田 利昌; 佐々木 明; 寺川 康太*; et al.

X-Ray Lasers 2012; Springer Proceedings in Physics, Vol.147, p.117 - 120, 2014/00

 被引用回数:0 パーセンタイル:0

フェムト秒レーザーによるアブレーションダイナミクスは数値シミュレーションによる予測が多数されているが、観測が困難であるため実験的な解明が遅れている分野である。われわれはフェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブを用いた時間分解軟X線反射イメージング光学系を構築し、白金におけるアブレーションダイナミクスの観測を行った。ガウス型の強度分布を持ったフェムト秒レーザー光照射によって、スポット内の局所フルエンスの違いに起因した軟X線反射率の時間発展の違いを観測することに世界で初めて成功した。

論文

Laser ion acceleration by using the dynamic motion of a target

守田 利昌

Physics of Plasmas, 20(9), p.093107_1 - 093107_10, 2013/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:19.64(Physics, Fluids & Plasmas)

ダブルレイヤーターゲットへ数百TWのレーザーパルスを照射したときのイオン加速について3D PICシミュレーションを用いて研究した。ダブルレイヤーターゲットのファーストレイヤーにチャージマス比の高い物質を用いた方が、クーロン爆発とRPDA(輻射圧加速)の効果によりターゲットの非等方な激しい膨張が生じる。そして、このイオンクラウドの非等方な膨張による電位変化の効果で、陽子はより強く加速される。最適な条件を用いることで、高エネルギーで高品質な陽子の生成が可能であることを示す。

論文

Proton acceleration due to anisotropic coulomb explosion of a double-layer target irradiated by an intense laser pulse

守田 利昌; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; 神門 正城

Journal of the Physical Society of Japan, 81(2), p.024501_1 - 024501_6, 2012/02

 被引用回数:5 パーセンタイル:40.14(Physics, Multidisciplinary)

ダブルレイヤーターゲットへ数百TWのレーザーパルスを照射したときのイオン加速について研究した。ダブルレイヤーターゲットのファーストレイヤーにチャージマス比の高い物質を用いた方が、ターゲットの激しいクーロン爆発が生じ、陽子は長い間加速されこととなり、より高いエネルギーの陽子が得られることを理論的検討と3次元PICシミュレーションで示す。そして、最適な条件を用いることで、高エネルギーで高品質な陽子の生成が可能であることを示す。

論文

First layerのクーロン爆発を効果的に利用した陽子加速

守田 利昌; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; 神門 正城

JAEA-Conf 2011-001, p.94 - 96, 2011/03

レーザーによる粒子加速の研究を、PIC法を用いたコンピュータシミュレーションにより行った。レーザー粒子加速シミュレーション研究の目的は、その加速機構と現象を理論とコンピュータシミュレーションを用いて明らかにすることである。粒子加速研究においては、レーザーから生成粒子への高効率なエネルギー変換,粒子発生数とそのエネルギーの向上,生成粒子ビームの単色エネルギー化の方法を示すことが重要な課題である。本報告では、高エネルギー陽子ビーム生成において、より高エネルギーかつ高品質な陽子ビームを、極力低出力のレーザーで生成する方法について研究した結果を示す。

論文

Effects of the laser pulse irradiation point on a double layer target on the accelerated ion beam parameters

守田 利昌; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; 山極 満

AIP Conference Proceedings 1153, p.103 - 112, 2009/07

ダブルレイヤーターゲットへの斜め入射レーザーパルスによる陽子加速において、ターゲットの中心からずれた位置にレーザーを照射することにより、生成プロトンのエネルギー広がりを狭めることが可能であることをPICシミュレーションで示す。これは生成プロトンのエネルギースペクトルをコントロールする方法となる。高エネルギープロトンは初期ターゲットの中心からレーザー進行方向にずれた位置から生じる。プロトンレイヤーの位置と大きさを調整することで高エネルギーかつエネルギー広がりの小さいプロトンを生成できることを示す。

論文

Control of energy distribution of the proton beam with an oblique incidence of the laser pulse

守田 利昌; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; 山極 満

Physics of Plasmas, 16(3), p.033111_1 - 033111_7, 2009/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:25.32(Physics, Fluids & Plasmas)

ダブルレイヤーターゲットを用いた斜め入射レーザーによるプロトン加速を、3次元PICシミュレーションにより解析した。生成されるプロトンビームのエネルギー広がりは、レーザーの照射位置によって変化し、ある照射位置で最小となることがわかった。これは、生成プロトンビームのエネルギースペクトルをコントロールする手段となる。さらに、プロトン層の大きさと位置を適切に調整することにより、高エネルギーかつエネルギー広がりの小さいプロトンビームが得られることが明らかとなった。

論文

The Effect of laser pulse incidence angle on the proton acceleration from a double-layer target

守田 利昌; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; 山極 満; Bulanov, S. V.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 51(2), p.024002_1 - 024002_18, 2009/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:11.54(Physics, Fluids & Plasmas)

レーザー加速による高品質プロトン生成において、レーザーをダブルレイヤーターゲットへ斜め入射した場合における、理論と3次元PICシミュレーションの結果を示す。ダブルレイヤーターゲットは、重い原子核からなる物質の表面に、狭い領域に薄く塗布された水素で構成されている。生成プロトンのエネルギーは、あるレーザー入射角度で最大となり、そのエネルギーは垂直入射の場合より大きな値となる。生成プロトンの方向は、ターゲットの垂直方向に対しある角度を有しており、その角度はレーザー入射角度と生成プロトンのエネルギー値で求められることを示す。

論文

Proton acceleration by oblique laser pulse incidence on a double-layer target

守田 利昌; Esirkepov, T. Z.; Bulanov, S. V.; Koga, J. K.; 山極 満

AIP Conference Proceedings 1024, p.114 - 124, 2008/06

ダブルレイヤーターゲットへ、レーザーパルスを斜め入射した時の高品質なプロトン加速について、3次元PICシミュレーションを用い研究した。ダブルレイヤーターゲットとは、high-Zイオン層の上に薄く小さな水素の層が配置されたターゲットである。生成プロトンのエネルギーは、あるレーザー入射角度で最大となり、それはレーザー垂直入射より大きな値となる。また、生成プロトンバンチは、ターゲットの表面に対して傾いており、その傾きはプロトンのエネルギーとレーザー入射角度で表わされる。

論文

Tunable high-energy ion source via oblique laser pulse incident on a double-layer target

守田 利昌; Esirkepov, T. Z.; Bulanov, S. V.; Koga, J. K.; 山極 満

Physical Review Letters, 100(14), p.145001_1 - 145001_4, 2008/04

 被引用回数:33 パーセンタイル:80.48(Physics, Multidisciplinary)

レーザー加速による高品質プロトンビーム生成において、ターゲットに対してレーザーを斜めに入射した場合について3次元PICシミュレーションにより調査した。ターゲットは重い原子の表面に薄く水素を配置したダブルレイヤーターゲットを用いた。斜め照射において生成プロトンのエネルギーはある角度で最大値を示し、その値は垂直にレーザーを入射したケースよりはるかに大きな値となることを示す。また、生成されたプロトンはターゲットの垂直方向に対して少しの角度を有しており、この角度は生成プロトンのエネルギーとターゲットの傾斜角度で表わされることを示す。

論文

Characterization of preformed plasmas using a multi-dimensional hydrodynamic simulation code in the study of high-intensity laser-plasma interactions

匂坂 明人; 内海 隆行*; 大道 博行; 小倉 浩一; 織茂 聡; 高井 満美子; 林 由紀雄; 森 道昭; 余語 覚文; 加道 雅孝; et al.

Journal of Plasma Physics, 72(6), p.1281 - 1284, 2006/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Physics, Fluids & Plasmas)

高強度レーザーと物質との相互作用により、高エネルギー粒子(イオン,電子)やX線が生成される。ここで発生した高エネルギー粒子等は、さまざまな応用が提案されテーブルトップの放射線源として注目されている。このような高強度レーザーと物質との相互作用の物理過程を調べるうえで、レーザーのプリパルスによって生成されるプリプラズマを評価しておく必要がある。本研究では、高強度レーザーを金属ターゲットに照射した時のプラズマ密度プロファイルを干渉計測により測定し、測定結果を多次元流体シミュレーションコードによる計算と比較した。実験は、チタンサファイアレーザー(中心波長800nm,パルス幅50fs)を集光用のポンプ光と計測用のプローブ光に分け、ポンプ光をアルミターゲットに照射し、発生するプリプラズマをプローブ光の干渉計測によって測定した。ポンプ光の集光強度は$$sim$$5$$times$$10$$^{16}$$W/cm$$^{2}$$であり、干渉縞はバイプリズムを用いてレーザービームの波面を傾けることによって生成した。ポンプ光とプローブ光の時間差を調整することにより、メインパルスの約10ps前からプリプラズマの測定を行った。測定結果を多次元流体シミュレーションコードによる計算と比較し、プリパルスとの関連性を調べた。

論文

高強度レーザーとプラズマとの相互作用研究に向けた流体シミュレーションコードによるプリプラズマ特性評価

匂坂 明人; 内海 隆行*; 大道 博行; 小倉 浩一; 織茂 聡; 林 由紀雄; 高井 満美子; 森 道昭; 余語 覚文; 加道 雅孝; et al.

レーザーエネルギー学研究センター平成17年度共同研究成果報告書(平成17年4月-平成18年3月), p.61 - 62, 2006/07

高強度レーザーと物質との相互作用により、高エネルギー粒子(イオン,電子)やX線が生成される。ここで発生した高エネルギー粒子等は、さまざまな応用が提案されテーブルトップの放射線源として注目されている。このような高強度レーザーと物質との相互作用の物理過程を調べるうえで、レーザーのプリパルスによって生成されるプリプラズマを評価しておく必要がある。本研究では、高強度レーザーを金属ターゲットに照射した時のプラズマ密度プロファイルを干渉計測により測定し、測定結果を多次元流体シミュレーションコードによる計算と比較した。実験は、チタンサファイアレーザーを集光用のポンプ光と計測用のプローブ光に分け、ポンプ光をアルミターゲットに照射し、発生するプリプラズマをプローブ光の干渉計測によって測定した。干渉縞はバイプリズムを用いてレーザービームの波面を傾けることによって生成した。ポンプ光とプローブ光の時間差を調整することにより、プリプラズマの測定を行った。測定結果を多次元流体シミュレーションコードによる計算と比較し、プリパルスとの関連性を調べた。

論文

Characterization of a laser-driven proton beam

匂坂 明人; 大道 博行; 福見 敦*; 高井 満美子; 余語 覚文; Li, Z.*; 小倉 浩一; 織茂 聡; 林 由紀雄; 森 道昭; et al.

Proceedings of RCNP-JAEA Workshop on Nuclear Photon Science "Hadron-nuclear physics probed by photon", p.195 - 200, 2006/00

高エネルギーのイオン, 電子, X線などが超短パルス高強度レーザーと物質との相互作用により発生する。高強度チタンサファイアレーザーを用いて、レーザー強度$$sim$$2.7$$times$$10$$^{18}$$ W/cm$$^{2}$$で薄膜ターゲットに照射し、高エネルギー陽子を測定した。その結果、陽子の最大エネルギーとして$$sim$$900keVが得られた。

口頭

超短パルス高強度レーザー照射金属薄膜からのプロトン発生

匂坂 明人; 余語 覚文; 大道 博行; 福見 敦*; Li, Z.*; 小倉 浩一; 高井 満美子; 織茂 聡; 林 由紀雄; 森 道昭; et al.

no journal, , 

超短パルス高強度レーザーと物質との相互作用により発生する高エネルギーのX線,イオン,電子は、テーブルトップの放射線源として注目されている。特に高エネルギーイオンについては、医療用としての小型加速器への利用が期待されている。レーザー励起の高エネルギーイオン発生を目的とし、プロトン発生の実験を行った。電力中央研究所設置のチタンサファイアレーザー(中心波長800nm,パルス幅55fs)を用いて、銅の薄膜ターゲットに照射した。集光強度は$$sim$$9$$times$$10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$であった。レーザー集光軸のターゲット位置に対するプロトン発生の最適化を行った。その結果、集光点よりも150$$mu$$mほどずれた位置でプロトンの最大エネルギーが$$sim$$1.5MeVに達した。得られた実験結果とその解析結果について報告する予定である。

口頭

超短パルス高強度レーザーを用いたプロトン発生,1; プリプラズマ依存性

匂坂 明人; 中村 衆; 森 道昭; 大道 博行; 福見 敦*; 小倉 浩一; 織茂 聡; 林 由紀雄; 高井 満美子; 余語 覚文; et al.

no journal, , 

超短パルス高強度レーザーと物質との相互作用により発生する高エネルギーのX線,イオン,電子は、テーブルトップの放射線源として注目されている。特に高エネルギーイオンについては、医療用としての小型加速器への利用が期待されている。本研究では、レーザー励起の高エネルギーイオン発生を目的とし、プロトン発生の実験を行った。原子力機構設置のチタンサファイアレーザー(JLITE-X)を用いて、チタンの薄膜ターゲットに照射した。集光強度は、ビームウエストで$$sim$$3$$times$$10$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$であった。プロトン計測と同時にレーザーのプリパルスにより生成されるプリフォームドプラズマを干渉計測により測定した。プリフォームドプラズマサイズに対するプロトン発生の依存性を調べた結果、プリフォームドプラズマを抑制することでプロトンの発生量が大きく変化することがわかった。

口頭

レーザー粒子加速のPICシミュレーション

守田 利昌; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; 山極 満

no journal, , 

光量子科学研究ユニットにおけるレーザー粒子加速シミュレーション研究について発表する。レーザー粒子加速シミュレーション研究の目的は、その加速機構と現象を理論とコンピュータシミュレーションを用いて明らかにすることである。イオン加速については、レーザーから生成イオンへの高効率なエネルギー変換,イオン発生数とそのエネルギーの向上,生成イオンの単色エネルギー化の方法を示すことが重要な課題である。本報告では、より精度の高いシミュレーション結果を得るための理論及び計算方法に関する研究,ダブルサイドミラーによる短パルスX線発生に関する研究,高エネルギーイオンを生成するためのターゲットパラメータに関する研究,レーザー入射角度と照射位置に対する生成イオンの特性に関する研究の結果について述べる。

口頭

軟X線プローブによるフェムト秒レーザーアブレーション過程の直接観測,2

長谷川 登; 錦野 将元; 海堀 岳史*; 平野 裕介; 守田 利昌; 河内 哲哉; 山極 満; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 寺川 康太*; et al.

no journal, , 

フェムト秒レーザー照射によるアブレーションでは、特異的な構造の形成(ナノバブル構造)や極めて微小な掘削(ナノアブレーション)等の興味深い現象が観測されているが、その初期過程は高速かつ微細であるため観測が難しい。われわれはプローブ光をプラズマ軟X線レーザー(波長13.9nm)とすることで、物質の表面のみのシングルショット観測を可能とした軟X線干渉計測装置を開発し、白金薄膜のアブレーション初期過程の時間分解計測を実施した。ポンプ光照射後から100ピコ秒後程度までに軟X線干渉計測で得られた表面の変化について報告を行う。また、フェムト秒レーザーアブレーションの照射強度依存性についても報告する。

口頭

レーザーイオン加速におけるターゲットのクーロン爆発とRPDAの効果

守田 利昌; Bulanov, S. V.; Koga, J. K.

no journal, , 

レーザーイオン加速において、極力低い出力のレーザーで高エネルギーイオンを生成する条件の検討を行った。用いたレーザーは、直線偏光のガウス形レーザーパルス、強度=5$$times$$10$$^{21}$$W/cm$$^{2}$$、レーザー出力=620TW、エネルギー=18Jである。手法は、PIC法によるコンピュータシミュレーションを用い、3次元解析を実施した。ターゲットには、ダブルレイヤーターゲットを用いた。第1層に"軽い"物質を用いることで、高エネルギー陽子が得られること、それは第1層のクーロン爆発とRPDA(輻射圧優勢領域における加速)により、陽子が強い加速電場を受けるからであることがわかった。さらに、最も"軽い"物質である水素のターゲットを用い、生成された陽子を空間的に切り出すことにより、実応用に必要な条件を満たす高エネルギー(200MeV)かつ高品質(エネルギー広がり=2.3%)で、十分な個数(2.6$$times$$10$$^7$$個)を持った陽子ビームが得られることを報告する。

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