High-speed classification of coherent X-ray diffraction Patterns on the K computer for high-resolution single biomolecule imaging

徳久 淳師*; 新井 淳也*; 城地 保昌*; 大野 善之*; 亀山 豊久*; 山本 啓二*; 畑中 正行*; Gerofi, B.*; 島田 明男*; 黒川 原佳*; et al.

Journal of Synchrotron Radiation, 20(6), p.899 - 904, 2013/11

https://doi.org/10.1107/S0909049513022152

Single-particle coherent X-ray diffraction imaging using X-ray free electron laser has potential to reveal a three-dimensional structure of a biological supra-molecule at sub-nano meter resolution. In order to realize this method, it is necessary to analyze as many as one million noisy X-ray diffraction patterns, each for an unknown random target orientation. To cope with the severe quantum noise we need to classify patterns according to their similarities and average similar patterns to improve the S/N ratio. We developed a high-speed scalable scheme to carry out classification on the K computer, a 10PFLOPS supercomputer at RIKEN Advanced Institute for Computational Science. It is designed to work on the real time basis with the experimental diffraction pattern collection at the X-ray free electron laser facility SACLA so that the result of classification can be feed-backed to optimize experimental parameters during the experiment. We report the present status of our effort of developing the system and also a result of application to a set of simulated diffraction patterns. We succeeded in classification of about one million diffraction patterns by running 255 separate one-hour jobs on 385-node mode.

High intensity, high temporal contrast, high repetition-rate laser for laser driven particle acceleration

鈴木 将之; 桐山 博光; 大東 出; 岡田 大; 越智 義浩; 佐藤 方俊*; 吉井 健裕*; 玉置 善紀*; 前田 純也*; 松岡 伸一*; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.53 - 57, 2012/07

https://doi.org/10.1063/1.4737539

レーザー駆動粒子線発生用励起源に求められるその特徴は高ピーク強度,高コントラスト及び高繰り返しである。これを実現するために高コントラスト化が見込めるOPCPA増幅器を第一段目増幅器に用い、高繰り返し動作可能なLD励起Yb:YAG薄膜ディスクを第二段目の増幅器に用いたハイブリッドレーザーシステムの開発を行った。発振器からのレーザーパルスはパルス伸長器でパルス幅1nsまで伸長される。その後、このレーザーパルスはポッケルセルにて10Hzに切り出され、波長532nmのレーザー光を励起光としたBBOで構成されるOPCPAを用いて、エネルギー3.5mJまで増幅される。さらにこのレーザーパルスは、LD(波長940nm)を励起源としたYb:YAG薄膜ディスクで構成される増幅器にて出力130mJまで増幅に成功した。この増幅されたレーザーパルスはパルス圧縮器でパルス幅450fs程度まで圧縮され、クロスコリレーターを用いて時間的コントラスト計測を行った。その結果、増幅光の150ps直前において約8桁のコントラストを得ることに成功した。

Hundred mJ, sub-picoseconds, high temporal contrast OPCPA/Yb:YAG ceramic thin disk hybrid laser system

鈴木 将之*; 桐山 博光; 大東 出; 越智 義浩; 岡田 大; 佐藤 方俊*; 玉置 善紀*; 吉井 健裕*; 前田 純也*; 松岡 伸一*; et al.

Applied Physics B, 105(2), p.181 - 184, 2011/11

https://doi.org/10.1007/s00340-011-4752-4

超高強度レーザーを物質に集光した際に生成するレーザー励起高エネルギー粒子線や高出力THz波生成の励起源開発のためのOPCPA/Yb:YAGハイブリッド型レーザーシステムの開発を行った。本レーザーの特徴は高時間コントラスト化が見込めるOPCPA前段増幅器と高繰り返し動作可能なLD励起Yb:YAG薄膜ディスクを主増幅器に採用しており、これまでに存在しない新しいレーザーシステムである。発振器からのレーザーはパルス伸長器でパルス幅1nsまで伸長された後に波長532nmのレーザーを励起光としたBBOで構成されるOPCPAを用いて、エネルギー3.8mJまで増幅される。さらにこのレーザーパルスは、波長940nmのLDを励起源としたYb:YAG薄膜ディスク増幅器にて出力130mJまでの増幅に成功した。この増幅されたレーザーパルスはパルス圧縮器でパルス幅450fs程度まで圧縮され、クロスコリレーターを用いて時間的コントラスト計測を行った結果、増幅光の150ps直前において約9桁の時間コントラストを達成した。これはYb:YAGを用いたレーザーでは世界最高の値である。

研究用照射済ベリリウム試料の外国輸送(受託研究)

谷本 政隆; 田口 剛俊; 岡田 学; 塙 善雄; 土谷 邦彦; 池田 昌之*; 藤本 洋一*; Kotov, V.*; Kenzhin, E.*; Kenzhin, Y.*

JAEA-Technology 2011-001, 39 Pages, 2011/03

JAEA-Technology-2011-001.pdf:4.15MB

中性子照射されたベリリウムを処理して再利用することは、資源の有効利用,核不拡散体制の強化などのために行うべき課題である。そこで、現在実施されているJMTRの改修・再稼働の一環として、処理処分方法の検討されており、ベリリウムリサイクルに関する実証試験を国際科学技術センター(ISTC)のプロジェクトがカザフスタン共和国の国立原子力センター原子力研究所(NNC-IAE)と行っている。本報告書は、国際協力ISTCプロジェクトに基づき、研究用照射済ベリリウム試料を原子力機構からカザフスタン共和国のNNC-IAEに外国輸送するための輸送方法の検討を行い、実際に行った照射済ベリリウム試料の輸送結果をまとめたものである。

High-contrast (10), high-intensity (500 TW) J-KAREN laser system

桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田中 桃子; 越智 義浩; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; et al.

JAEA-Conf 2010-002, p.18 - 21, 2010/06

https://doi.org/10.11484/jaea-conf-2010-002

従来のチタンサファイアチャープパルス増幅器(CPA)と光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)を組合せた高強度フェムト秒レーザーシステムの開発を行い、パルス圧縮前で30Jを超える高い増幅エネルギーを得た。再パルス圧縮することで約500TW級の高いピーク強度のレーザーパルスがポテンシャルとして生成可能であることを確認した。低利得のOPCPAを用いることにより、サブナノ秒の時間領域において10桁を超えるコントラスト、ナノ秒の時間領域において12桁程度の高いコントラストを得た。また、高エネルギー励起用グリーンレーザーの空間パターンを回折光学素子により制御し、ほぼ完全なフラットトップの空間プロファイルを得た。このシステムにより粒子加速などの高強度レーザーと物質との相互作用の実験的研究が進展するものと期待される。

High-energy, high-efficiency second-harmonic generation from a Nd-doped laser with high-quality CsBO crystal

鈴木 将之; 桐山 博光; 中井 善基*; 岡田 大; 大東 出; Bolton, P.; 大道 博行; 近藤 公伯; 河西 俊一; 影林 由郎*; et al.

Proceedings of Conference on Lasers and Electro-Optics and The Quantum Electronics and Laser Science Conference (CLEO/QELS 2010) (CD-ROM), 2 Pages, 2010/05

http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=5500372

高エネルギーNd系レーザーの第二高調波(波長532nm)は、チタンサファイア結晶や光パラメトリック増幅の励起源として用いられる。そのためこれらの増幅器の出力は、この第二高調波の出力に依存し、さらにレーザー駆動粒子線発生実験において入力レーザーエネルギーが高ければ、得られる粒子線のエネルギーも高くなると考えられている。以上のことから、波長1m帯レーザーの高効率波長変換は、粒子発生の高エネルギー化に関して重要な研究テーマの一つである。今回、われわれはCsBO(CBO)結晶の高い非線形光学定数(1.00pm/V),ダメージ閾値(26GWcm)にいち早く着目し、波長1mのレーザーパルスの波長変換を行った。励起レーザーは、出力2.0J,パルス幅10ns,繰り返し10HzのNd:YAGレーザーを用いた。その結果、入力レーザーエネルギー2.0Jに対して第二高調波の出力エネルギー1.2Jを得た。このとき変換効率は最大で60%を達成した。この変換効率は、CBO結晶を用いた過去の結果と比較して最大であった。本実験結果よりCBO結晶は第二高調波生成に非常に有効な結晶であることがわかった。

Highly efficient frequency doubling of high-energy Nd:YAG laser using a CsBO crystal

鈴木 将之; 桐山 博光; 中井 善基; 岡田 大; 大東 出; 影林 由郎*; 横田 利夫*; Bolton, P.; 大道 博行; 河西 俊一

Optics Communications, 283(3), p.451 - 453, 2010/02

https://doi.org/10.1016/j.optcom.2009.10.015

レーザー駆動粒子加速における最大エネルギーのカットオフは、入力レーザーエネルギーに依存し、入力レーザーのチタンサファイアレーザーの出力は、その励起源であるNd:YAGレーザーの第二高調波(波長532nm)出力に依存する。そのため、波長1m帯レーザーにおける波長変換の高効率化は、粒子加速の高エネルギー化において非常に重要である。CsBO(CBO)結晶は、高い非線形光学定数,高ダメージ閾値から波長1m帯レーザーの第二高調波生成への応用が期待されていた。しかし、その結晶の高品質かつ大型化が困難であったため、第二高調波生成はほとんど行われていなかった。近年、トップシード法を用いることで高品質,大型のCBO結晶成長が可能となった。このような背景から高品質CBO結晶を用いて、波長1064nmレーザーパルスの波長変換を行った。その結果、入力レーザーエネルギー20Wに対して第二高調波の出力エネルギー12W,変換効率60%を達成した。平面波近似の式より、理論的に変換効率を評価したところ実験結果とおおむね一致した。本実験結果よりCBO結晶は第二高調波生成に非常に有効な結晶の一つであることがわかった。

Application of laser-accelerated protons to the demonstration of DNA double-strand breaks in human cancer cells

余語 覚文; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 森 道昭; 手島 昭樹*; 沼崎 穂高*; 村上 昌雄*; 出水 祐介*; 赤城 卓*; 永山 伸一*; et al.

Applied Physics Letters, 94(18), p.181502_1 - 181502_3, 2009/05

https://doi.org/10.1063/1.3126452

We report the demonstrated irradiation effect of laser-accelerated protons on human cancer cells. (living) A549 cells are irradiated with quasi-monoenergetic proton bunches of 0.8-2.4 MeV with a single bunch duration of 15 ns. Irradiation with the proton dose of 20 Gy results in a distinct formation of -H2AX foci as an indicator of DNA double-strand breaks generated in the cancer cells. This is a pioneering result in view of future investigations on the radiobiological effects of laser-driven ion beams. Unique high-current and short-bunch features make laser-driven proton bunches an excitation source for time-resolved determination of radical yields.

海水系地下水における砂岩および凝灰岩に対するSn・Pb・Thの分配係数

中澤 俊之*; 岡田 賢一*; 室井 正行*; 柴田 雅博; 陶山 忠宏*; 笹本 広

JNC TN8400 2003-039, 44 Pages, 2004/02

JNC-TN8400-2003-039.pdf:2.91MB

サイクル機構の収着データベースで不足している海水系地下水での放射性核種の分配係数(Kd)を取得するため、Sn・Pb・Thを対象に、バッチ式収着試験を実施した。その結果、以下の様なKdが得られた。Sn:人工海水系でKd=1m/kg(砂岩)、Pb:人工海水系でKd=2m/kg(砂岩)・Kd=410m/kg(凝灰岩)、Th:人工海水系海水系でKd=18m/kg(砂岩)、人工海水系高炭酸濃度でKd=0m/kgであった。

エラストマーの時間短縮照射試験方法の検討

伊藤 政幸; 日馬 康雄; 八木 敏明; 岡田 漱平; 吉田 健三

マテリアルライフ, 5(1-2), p.18 - 24, 1993/04

室温での低線量率(0.33kGy/h)長時間照射(基準条件)に対して、基準条件同様に試料の中心部まで酸化されることを前提として、照射時間を約十分の一にするために、次の二つの高線量短時間照射条件を選び、各条件における試料の劣化挙動を比較した。1)0.5MPaの酸素加圧下で、4.2kGy/hでの照射。2)70Cの空気中で、5.0kGy/hの線量率での照射。試料として配合の異なる9種類のエチレン-プロピレンゴムを用い、最高2MGyまで照射後、100%モジュラスと破断伸びとの変化を検討し以下の結論を得た。酸素加圧下の場合には基準条件よりやや切断が多い傾向が認められ、70Cの照射では、やや架橋が進む傾向が認められた。しかし、時間短縮照射条件でのデータ群は基準条件のデータを1.0とするとほとんどの試料について1.00.25の範囲内にあり、時間短縮照射方法として両方法許容できると考えられる。