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論文

Complementary characterization of radioactivity produced by repetitive laser-driven proton beam using shot-to-shot proton spectral measurement and direct activation measurement

小倉 浩一; 静間 俊行; 早川 岳人; 余語 覚文; 西内 満美子; 織茂 聡; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 桐山 博光; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 51(4), p.048003_1 - 048003_2, 2012/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:87.32(Physics, Applied)

繰り返し動作(1Hz)可能な高強度レーザーを用いて高エネルギーのプロトンを発生した。そのプロトンをリチウムターゲットに照射し、$$^{7}$$Li(p,n)$$^{7}$$Be反応を起こした。反応によって生成した$$^{7}$$BeをGe半導体検出器を用いて測定した。その結果、1.7$$pm$$0.2Bqが生成したことがわかった。一方、生成したプロトンのスペクトルを飛行時間法を用いて測定し、放射化断面積を用いて放射化量を評価した。その結果、1.6$$pm$$0.3Bqが得られた。誤差範囲で一致した。そこで、われわれは、レーザー駆動粒子線を用いて放射化反応を起こさせる場合、反応量を飛行時間法でレーザーショットごとにモニターする方法を提案する。

論文

Laser-driven proton generation with a thin-foil target

匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 余語 覚文; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; Ma, J.*; 桐山 博光; 金沢 修平; et al.

NIFS-PROC-85, p.30 - 33, 2011/02

レーザー駆動イオン源の開発を目的とし、陽子発生実験を行った。薄膜ターゲットを用いて、レーザーとプラズマとの相互作用により発生した陽子を計測した。高エネルギー陽子を得るため、レーザーのコントラストレベルを下げて、プリプラズマの大きさを減少させた。高コントラストのレーザーパルスを用いた結果、ターゲット裏面方向に発生する陽子の最大エネルギーは増加した。

論文

Proton generation and terahertz radiation from a thin-foil target with a high-intensity laser

匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 余語 覚文; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; Ma, J.*; 桐山 博光; 金沢 修平; et al.

レーザー研究, 38(9), p.702 - 705, 2010/09

高強度レーザーと薄膜との相互作用により、高エネルギーの粒子,硬X線,高次高調波,テラヘルツ(THz)波などが発生する。特に高エネルギー陽子については、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、薄膜ターゲット照射による陽子ビームとTHz波の同時発生について調べた。原子力機構設置のチタンサファイアレーザー(J-KAREN)を用いて、薄膜ターゲットへの照射実験を行った。その結果、ターゲット裏面方向の陽子とレーザー反射方向のTHz波の同時発生を測定した。また、プリプラズマを抑制することで陽子の高エネルギー化を確認した。

論文

Characterization of electron self-injection in laser wake field acceleration due to the parametric resonance

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:49.03(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.

論文

Characteristics of light reflected from a dense ionization wave with a tunable velocity

Zhidkov, A.*; Esirkepov, T. Z.; 藤井 隆*; 根本 孝七*; Koga, J. K.; Bulanov, S. V.

Physical Review Letters, 103(21), p.215003_1 - 215003_4, 2009/11

 被引用回数:11 パーセンタイル:37.29(Physics, Multidisciplinary)

An optically dense ionization wave produced by two femtosecond ($$sim$$ 10/30 fs) laser pulses focused cylindrically and crossing each other may become an efficient coherent X-ray converter in accordance with the Semenova-Lampe theory. The resulting velocity of a quasiplane ionization wave in the vicinity of pulse intersection changes with the angle between the pulses from the group velocity of ionizing pulses to infinity allowing a tuning of the wavelength of X rays and their bunching. The X-ray spectra after scattering of a lower frequency and long coherent light pulse change from the monochromatic to high order harmonic-like with the duration of the ionizing pulses.

論文

A Novel technique for monitoring the reproducibility of laser tape-target interactions using an X-ray pinhole camera

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

Journal of the Vacuum Society of Japan, 52(10), p.570 - 574, 2009/10

高強度レーザーで生成される相対論的プラズマを正確に制御するためには、レーザープラズマ生成用ターゲットの位置を正確に制御する必要がある。このためには集光されるレーザー光のレーリー長より小さな精度でレーザーショットごとにプラズマの発生する位置をモニターする必要がある。ここでは、X線ピンホールカメラを用いてレーリー長より十分小さい約20ミクロンの精度でプラズマの位置を観測できる技術を開発した。

論文

精密に時間制御された高強度レーザーによるイオン加速

余語 覚文; 大道 博行; 森 道昭; 桐山 博光; Bulanov, S. V.; Bolton, P.; Esirkepov, T. Z.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 織茂 聡; et al.

レーザー研究, 37(6), p.449 - 454, 2009/06

パルス時間波形の高度に制御された1Hz繰返し運転可能なレーザーを用いて、密度の制御されたターゲットからの陽子線加速機構を検証した。実験の結果、高コントラストのレーザーを用いた、固体密度ターゲットを用いた陽子線加速では、エネルギーの安定した陽子線を再現性よく発生させることが可能となった。一方、臨界密度近傍に制御されたターゲットでは、ビームの高エネルギー成分が低エネルギー成分とは異なる方向に加速される結果を得た。計算機シミュレーションの結果、ターゲット裏面の磁場が陽子線加速電場を傾かせる効果をもつことが明らかになった。これをさらに発展させて、ターゲットの密度分布を高度に制御すれば、ビーム方向をエネルギーに応じてコントロールすることが可能になると考えられる。高強度レーザーの時間・空間制御技術の発展は、レーザー駆動粒子線の利用研究において、今後さらに重要な役割を担うことになるものと結論する。

論文

Proton-induced nuclear reactions using compact high-contrast high-intensity laser

小倉 浩一; 静間 俊行; 早川 岳人; 余語 覚文; 西内 満美子; 織茂 聡; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 桐山 博光; et al.

Applied Physics Express, 2(6), p.066001_1 - 066001_3, 2009/05

 被引用回数:14 パーセンタイル:42.64(Physics, Applied)

強度10$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$のレーザー光(10Hz,小型高コントラスト高強度レーザー)をポリイミドテープ(7.5$$mu$$m)に集光することによって最大3.5MeVのプロトンを生成した。このプロトンで$$^{11}$$B(p,n)$$^{11}$$C反応を起こした。その結果、60ショットで11.1Bqの放射能を得た。薄層放射化への応用の可能性について議論した。

論文

Focusing and spectral enhancement of a repetition-rated, laser-driven, divergent multi-MeV proton beam using permanent quadrupole magnets

西内 満美子; 大東 出; 池上 将弘; 大道 博行; 森 道昭; 織茂 聡; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 余語 覚文; Pirozhkov, A. S.; et al.

Applied Physics Letters, 94(6), p.061107_1 - 061107_3, 2009/02

 被引用回数:42 パーセンタイル:13.44(Physics, Applied)

2.4MeVのレーザー駆動陽子線を永久四重極磁石で1Hzで収束させた。磁場勾配は、55T/m, 60T/mであった。陽子線は、ターゲットから650mmにおける2.7mm$$times$$8mmの大きさ(半値全幅)の領域に収束された。この結果は、モンテカルロシミュレーションとよく一致した。

論文

New method to measure the rise time of a fast pulse slicer for laser ion acceleration research

森 道昭; 余語 覚文; 桐山 博光; 西内 満美子; 小倉 浩一; 織茂 聡; Ma, J.*; 匂坂 明人; 金沢 修平; 近藤 修司; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 36(4), p.1872 - 1877, 2008/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:68.64(Physics, Fluids & Plasmas)

本グループでは、京都大学・電力中央研究所・GIST等と共同でレーザー駆動プロトンビームの利用に向け、レーザー・ターゲット双方からエネルギー/変換効率/Emittanceの最適化に関する研究を進めている。本論文はその研究の過程において開発したレーザー駆動高エネルギープロトンビーム発生におけるチャープパルスを用いた高速パルススライサー装置の新たな性能評価法と、その後に行ったイオン加速実験に関する結果をまとめたものである。この研究開発によって、新手法の有意性を明らかにするとともに、プレパルスの抑制により最大2.3MeVのプロトンビームの発生を実証しプレパルスがプロトンビームの高エネルギー化に重要な役割を果たすことを明らかにした。

論文

Efficient production of a collimated MeV proton beam from a Polyimide target driven by an intense femtosecond laser pulse

西内 満美子; 大道 博行; 余語 覚文; 織茂 聡; 小倉 浩一; Ma, J.-L.; 匂坂 明人; 森 道昭; Pirozhkov, A. S.; 桐山 博光; et al.

Physics of Plasmas, 15(5), p.053104_1 - 053104_10, 2008/05

 被引用回数:36 パーセンタイル:13.53(Physics, Fluids & Plasmas)

超高強度フェムト秒レーザーを7.5, 12.5, and 25$$mu$$m厚のポリイミドターゲットに照射することにより、最高エネルギー4MeVの高フラックスプロトンビームを発生した。レーザーのエネルギーは1.7Jパルス幅34fs強度は3$$times$$10$$^{19}$$Wcm$$^{-2}$$であった。Amplified spontaneous emissionの強度(コントラスト)はメインパルスの4$$times$$10$$^{-8}$$であった。レーザーからプロトンへのエネルギーの変換効率は、3%に達し、ナノメートル厚の超薄型ターゲットとコントラストが極低いレーザー($$sim$$10$$^{-10}$$)を使って得られた既存の結果とほぼ同じか、それよりも良い結果を得た。

論文

Laser ion acceleration via control of the near-critical density target

余語 覚文; 大道 博行; Bulanov, S. V.; 根本 孝七*; 大石 祐嗣*; 名雪 琢弥*; 藤井 隆*; 小倉 浩一; 織茂 聡; 匂坂 明人; et al.

Physical Review E, 77(1), p.016401_1 - 016401_6, 2008/01

 被引用回数:86 パーセンタイル:2.19(Physics, Fluids & Plasmas)

集光強度$$10^{13}$$W/cm$$^2$$のレーザー自発光(ASE)を厚さ7.5$$mu$$mのポリイミド薄膜に照射し臨界密度近傍に制御することで、$$p$$偏光, 45fs, $$10^{19}$$W/cm$$^2$$の高強度レーザーを用いて最大エネルギー3.8MeVのプロトン加速に成功した。プロトンビームの方向はターゲット垂直方向からレーザー進行方向(45$$^{circ}$$)へシフトしていることが明らかになった。PICシミュレーションの結果、ターゲット裏面に生じる強力な磁場が加速電場を保持し、プロトンが効率的に加速されることが明らかになった。

論文

Laser-driven proton acceleration from a near-critical density target

余語 覚文; 大道 博行; Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 根本 孝七*; 大石 祐嗣*; 名雪 琢弥*; 藤井 隆*; 小倉 浩一; 織茂 聡; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 112, p.042034_1 - 042034_4, 2008/00

 パーセンタイル:100

集光強度10$$^{19}$$-W/cm$$^2$$の高強度レーザーを、厚さ7.5$$mu$$mの絶縁体(ポリイミド)薄膜に照射し、最大エネルギー3.8MeVのプロトン発生に成功したので報告する。なお、高強度レーザーのエネルギーは0.8J、パルス幅は45fs、メインパルスに伴うASEプリパルスのコントラスト比は10$$^5$$であった。発生したプロトンの測定には、独自に開発した飛行時間(TOF)エネルギー分析装置によるオンライン分析が行われた。2台のTOF分析器を用いることで、プロトンエネルギースペクトルの発生方向依存性の評価を行い、その結果、プロトンの高エネルギー成分は、レーザー進行方向へシフトしており、レーザー集光条件に強く依存することが明らかになった。講演ではこのプロトン発生機構についても議論する。

論文

On the production of flat electron bunches for laser wakefield acceleration

神門 正城; 福田 祐仁; 小瀧 秀行; Koga, J. K.; Bulanov, S. V.; 田島 俊樹; Chao, A. W.*; Pitthan, R.*; Schuler, K.-P.*; Zhidkov, A. G.*; et al.

Journal of Experimental and Theoretical Physics, 105(5), p.916 - 926, 2007/11

高エネルギーのリニアコライダーにも必要とされる低エミッタンスビームを生成する、粒子加速器への新しい入射方法を提案する。本論文では、高出力のレーザーパルスの後に励起される航跡場の加速位相への入射方法を議論する。レーザーの偏光方向と集光方法を変えることにより、横方向の波の破壊を制御して、電子の横方向のベータトロン振動数と振幅を変え、扁平なビームを作り出すことができることを3次元シミュレーションで示した。また、イオンビームでの扁平ビーム生成についても言及する。

論文

Protons and electrons generated from a 5-$$mu$$m thick copper tape target irradiated by s-, circularly-, and p-polarized 55-fs laser pulses

Li, Z.*; 大道 博行; 福見 敦*; Bulanov, S. V.; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 余語 覚文; 西内 満美子; 織茂 聡; 森 道昭; et al.

Physics Letters A, 369(5-6), p.483 - 487, 2007/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:47.8(Physics, Multidisciplinary)

レーザー強度8-9$$times$$10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$のp-, s-、と円偏光照射による厚さ5-$$mu$$m銅テープターゲットから垂直方向に発生する陽子と電子の角度分布とエネルギースペクトルを測定した。陽子の最大エネルギーは1.34MeVでターゲット背面垂直方向に、高エネルギー電子はレーザー伝搬の反射方向に観測された。円偏光照射による陽子と電子発生の性質はp偏光照射のときと同じ傾向で、レーザー強度2-3$$times$$10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$照射の場合とは大きく異なっている。

論文

Simultaneous proton and X-ray imaging with femtosecond intense laser driven plasma source

織茂 聡; 西内 満美子; 大道 博行; 余語 覚文; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Li, Z.*; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 桐山 博光; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 46(9A), p.5853 - 5858, 2007/09

 被引用回数:15 パーセンタイル:42.52(Physics, Applied)

高強度短パルスチタンサファイヤレーザーを使って、数MeVのプロトンとkeVのX線と同時に同じ場所から発生させることが可能である。今回、X線とプロトンのソースから10mm離れたサンプルの同時投影像を測定することに成功した。この実験はとてもシンプルな実験であるが、数100fsからpsの分解能を持っている。ディテクターとして、CR39とイメージングプレートを使用した。この方法によってミクロン構造の正確な観測に応用可能である。

論文

Characterization of an intense laser-produced preformed plasma for proton generation

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

Journal of the Korean Physical Society, 51(1), p.442 - 446, 2007/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:87.56(Physics, Multidisciplinary)

原子力機構で進めている高出力レーザーを用いた電子,イオンの発生研究を中心にレーザー駆動加速器の現状をレビューする。またその現状を踏まえた今後の利用研究の展望について報告する。

論文

Laser prepulse dependency of proton-energy distributions in ultraintense laser-foil interactions with an online time-of-flight technique

余語 覚文; 大道 博行; 福見 敦*; Li, Z.*; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 中村 衆*; 岩下 芳久*; 白井 敏之*; et al.

Physics of Plasmas, 14(4), p.043104_1 - 043104_6, 2007/04

 被引用回数:55 パーセンタイル:8(Physics, Fluids & Plasmas)

集光強度$$sim 10^{18}$$W/cm$$^2$$の短パルスレーザーを厚さ5$$mu$$mの銅薄膜に照射することで発生する高速プロトンのエネルギー分布を、新規に開発したオンライン飛行時間分析器を用いて行った。レーザー主パルスの9ns前に入射するfs-時間幅のプリパルスの強度が10$$^{14}$$から10$$^{15}$$W/cm$$^2$$へ上昇するとともに、高速プロトンの最大エネルギーが増加する実験結果が得られた。二波長干渉計測定から、プリパルスによって薄膜の表面に生じるプラズマ膨張のスケール長は15$$mu$$m以下であった。このような密度勾配の急峻なプラズマの発生は、その後に入射する主パルスの吸収効率を高める効果があり、これがプロトンのエネルギーを上昇させると考えられる。

論文

Focusing quality of a split short laser pulse

小瀧 秀行; 大石 祐嗣*; 名雪 琢弥*; 藤井 隆*; 根本 孝七*; 中島 一久

Review of Scientific Instruments, 78(3), p.036102_1 - 036102_3, 2007/03

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

超短パルスレーザー光を複数に分割して行う実験のためには、パルス幅を変化させることなくパルスを分ける必要がある。超短パルスレーザーの場合、ビームスプリッター(BS)として、厚い物質を使用することはできないため、薄膜であるペリクルや穴あきミラーがBSとして考えられる。これらを用いた場合のレーザーの集光特性を調べることにより、BSとして使用方法について検討した。どちらの場合も、透過光に関しては元のパルスと変化がない。しかし、反射光に関しては留意が必要である。ペリクルの場合の集光特性は、一般のミラーによる反射光とほぼ同じであるが、振動に弱い。そのため、振動源と切り離す必要がある。穴あきミラーの場合、振動に強いが、反射光はドーナツ型であり、その形状による干渉が起こる。このドーナツの外形Dと内径D'が、D/2$$leq$$D'のときは、ほとんど集光できない。これらの結果より、分離するレーザーパルスの径が元のレーザーの径の半分以下の場合には穴あきミラーの使用が可能である。しかし、両方のレーザーパルスの径がほぼ同じ場合にはペリクルを使用し、振動源とペリクルBSとを切り離すことが必要である。

論文

Development of laser driven proton sources and their applications

大道 博行; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; 森 道昭; Ma, J.-L.; Pirozhkov, A. S.; 桐山 博光; 金沢 修平; et al.

Proceedings of 7th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR 2007) (CD-ROM), p.77 - 79, 2007/00

10の$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$以上に集中させた高強度レーザーを用いて、陽子加速器を開発している。プラズマパラメータと陽子エネルギー範囲を、レーザー照射ごとにリアルタイム検出器を用いてモニターした。実用可能なMeV級の陽子エネルギーを安定して得ることに成功した。

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