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小倉 浩一; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 谷本 壮*; 匂坂 明人*; Esirkepov, T. Z.; 神門 正城; 静間 俊行; 早川 岳人; 桐山 博光; et al.
Optics Letters, 37(14), p.2868 - 2870, 2012/07
被引用回数：83 パーセンタイル：95.88(Optics)OPCPA方式チタンサファイアレーザーで発生した高コントラスト(10
)高強度(10
)短パルス(40fs)のレーザー光を用いて、従来の最大エネルギー25MeVを超える40MeVの陽子線を得た。このときのレーザーエネルギーは10ジュール以下であった。15MeV以上の陽子線の発生効率は、0.1%であった。
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：8.93(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、
Li(p,n)Be反応を起こした。反応によって生成したBeをGe半導体検出器を用いて測定した。その結果、1.7
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、1.60.3Bq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。
杉山 僚; 桐山 博光; 越智 義浩; 森 道昭; 田中 桃子; 笹尾 文崇; 小菅 淳; 岡田 大
JAEA-Conf 2011-001, p.15 - 18, 2011/03
今中期計画における次世代レーザー開発研究グループのレーザー開発の主眼は、高効率・高繰り返し動作などの特長を持つ高平均出力の次世代型極短パルスレーザーを開発することである。その実現に向けて、関西光科学研究所ではYbセラミクスレーザーの開発に着手した。われわれは、また、融合光新創生ネットワーク(光ネット)でのQUADRA光源開発を行っている。平成22年度までの第1期計画では、QUADRAの要素技術開発を行っている。第2期においては、次世代型極短パルスレーザーの開発と一体化させて、本来研究における高出力THz波発生を目指す。さらに、今中期計画における光量子科学での応用研究に必要なJ-KARENレーザーの整備・高度化の支援を行っている。
余語 覚文; 前田 拓也; 堀 利彦; 榊 泰直; 小倉 浩一; 西内 満美子; 匂坂 明人; 桐山 博光; 岡田 大; 金沢 修平; et al.
Applied Physics Letters, 98(5), p.053701_1 - 053701_3, 2011/02
被引用回数：97 パーセンタイル：94.23(Physics, Applied)Human cancer cells are irradiated by laser-driven quasi-monoenergetic protons. Laser pulse intensities at the 
W/cm
level provide the source and acceleration field for protons that are subsequently transported by four energy-selective dipole magnets. The transport line delivers 2.25 MeV protons with an energy spread of 0.66 MeV and a bunch duration of 20 ns. The survival fraction of in-vitro cells from a human salivary gland tumor is measured with a colony formation assay following proton irradiation at dose levels up to 8 Gy, for which the single bunch does rate is 
Gy/s and the effective dose rate is 0.2 Gy/s for 1-Hz repetition of irradiation. Relative biological effectiveness at the 10% survival fraction is measured to be 
using protons with a linear energy transfer of 17.1 keV/
m.
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*; 近藤 修司; 金沢 修平; et al.
レーザー研究, 38(9), p.669 - 675, 2010/09
高強度レーザーの時間・空間制御技術に関するレビューである。時間制御技術は主パルスと背景光の強度比を向上させる高コントラスト化であり、先駆けて開発した高エネルギーシード型低利得光パラメトリックチャープパルス増幅手法について紹介する。空間制御技術は高エネルギービームの空間強度均質化であり、回折光学素子を用いた手法について紹介する。これらの手法の特徴を詳細に紹介するとともに、これらの制御技術を用いて得られた時間・空間特性についても報告する。
), 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
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。
桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 笹尾 一; 田上 学*; 金沢 修平; 若井 大介*; 笹尾 文崇*; 岡田 大; et al.
Optics Letters, 35(10), p.1497 - 1499, 2010/05
被引用回数：85 パーセンタイル：95.22(Optics)高強度チタンサファイアCPA(チャープパルス増幅)レーザーにおいて、30Jの高エネルギーシーダーを用いることにより光パラメトリックチャープパルス増幅器(OPCPA)を低利得で動作させることで、5
10
の高いコントラスト(主パルスに対する背景光び強度比)を達成した。また、大口径チタンサファイアレーザー増幅器に対して液体のクラッディングを初めて導入して寄生発振を抑制するとともに回折光学素子を用いた空間ビーム均質化を行いフィリングファクター(空間的なビームのピーク強度に対する平均強度)を80%程度にまで向上させることで、理論限界に近い増幅効率で30J以上の大出力を得た。
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.
Applied Optics, 49(11), p.2105 - 2115, 2010/04
被引用回数：39 パーセンタイル：83.7(Optics)近年の高強度レーザー発生技術の急速な進展により、ペタワット(PW)級のピーク出力を有するレーザー装置が開発され、粒子加速,高エネルギー物理等多くの研究に利用されようとしている。このようにレーザー装置の高強度化が進むとともに、実際の応用に向けての研究開発として、時間構造や空間構造の向上に移行しつつある。本論文では、高強度レーザーの時間制御技術として背景光抑制、及び空間制御技術としてビーム均質化を原子力機構で開発されたJ-KARENレーザーに適用した実験結果について報告する。
森 道昭; 小倉 浩一; 余語 覚文; 西内 満美子; 桐山 博光; Pirozhkov, A. S.; 匂坂 明人; 織茂 聡; 反保 元伸; 大東 出; et al.
no journal, ,
JAEAにおける、J-KARENチタンサファイアレーザーを用いて、陽子線がん治療のためのレーザー駆動イオン加速研究を行った。最近の結果では、厚み2.5mのステンレスターゲットに38fs/1.8J,コントラスト10のレーザー光を集光・照射することで、7MeVのカットオフエネルギーを持つ陽子ビームの生成を観測している。この結果は、レーザー駆動陽子線がん治療装置開発に関連したスケーリングを明らかにするうえで重要な成果である。講演では、この成果を中心に研究開発の近況について報告する。
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.
no journal, ,
高強度レーザー技術の進展により、10
W/cm
を超える高い集光強度が実現できるようになった。しかしながら、出力パルスの時間構造において、主パルスに先立って6桁から8桁程度強度の低いプリパルスが存在する。このため、プリパルスによりターゲットが破壊されたり、プリプラズマが生成され主パルスとターゲットとの相互作用を妨げる。われわれは光パラメトリックチャープパルス増幅法(OPCPA)を改良し、高強度チタンサファイアレーザーに世界に先駆けて導入することで、主パルスに付随するプリパルスを主パルスに対して11桁以上抑制することに成功した。また、ほぼ一様な強度の高いビーム品質で500TW級の高い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。
西内 満美子; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 余語 覚文; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 桐山 博光; 織茂 聡; 反保 元伸; 大東 出; et al.
no journal, ,
光医療バレープロジェクトにおいて開発中のレーザー駆動陽子線加速器の陽子線加速部分の研究の進捗状況を発表する。原子力機構関西光科学研究所のup-gradeされたJ-KARENレーザーを薄膜ターゲットに照射して、14MeVの最高エネルギーを持つ陽子線を確認した。up-gradeされたJ-KARENレーザーの特徴は、短パルス(45fs)、かつ極高コントラスト(
10
)であり、コントラストに関しては、世界最高レベルに達するものである。J-KARENレーザーを薄膜ターゲットにノーマル方向より照射することにより、陽子線の最大エネルギーの膜厚依存性(100nm-1m)を計測した。その結果Al2mを使用した場合に最高エネルギー14MeVを記録した(TOF及びCR-39による計測)。加速された陽子線の出射方向はターゲットノーマル方向であり、TNSAメカニズムによって加速されていると思われる。Al2mよりも薄い薄膜を使った場合の陽子線の最高エネルギーは低くなっており、レーザーパルスに先行する背景光成分によって、薄膜がblow outされていることをあらわしていると思われる。さらなる陽子線の高エネルギー加速のためには、プラズマミラー等の背景光カットの手段の導入をする必要がある。
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.
no journal, ,
ペタワット(1千兆ワット)のピーク強度を有する超高強度レーザーの小型化,信頼性の向上に伴い、レーザー駆動粒子加速をはじめとした相対論領域の超高強度利用研究が推進されている。このような利用研究を推進するうえで極めて重要なのは、コントラスト(メインパルスとそれに付随する背景光の強度比)である。光パラメトリックチャープパルス増幅法を改良し、高強度チタンサファイアレーザーに世界に先駆け導入することで不必要なノイズ成分をメインパルスに対して1000億分の1以下に抑えることに成功したので紹介する。また、高効率増幅や信頼性などの向上のために回折光学素子を導入し、空間的にほぼ完全なフラットトップの良好なパターンを得ることができたので併せて報告する。
匂坂 明人; 森 道昭; Pirozhkov, A. S.; 余語 覚文; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; 反保 元伸; 榊 泰直; 堀 利彦; et al.
no journal, ,
高強度レーザーと物質との相互作用により生成される高エネルギーのX線,イオン,電子は、テーブルトップの量子ビーム源として注目されさまざまな応用が提案されている。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。今回、レーザー駆動の高エネルギーイオン発生を目的とし、薄膜ターゲットからの陽子発生実験を行った。日本原子力研究開発機構設置のチタンサファイアレーザー(J-KAREN)を用いて、薄膜ターゲットに照射した。レーザーのパルス幅は、半値全幅で40fsであった。集光強度は
510
W/cmであり、ターゲット裏面方向に発生する陽子をTOF(Time of Flight)分析器により測定した。厚さ2.5mのステンレスターゲットを用いた場合、プロトンの最大エネルギーは7MeV程度に達した。
西内 満美子; 余語 覚文; 小倉 浩一; 森 道昭; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 織茂 聡; 反保 元伸; 桐山 博光; 下村 拓也; et al.
no journal, ,
原子力機構においてレーザーを用いた医療用の小型加速器開発を行っている。医療用レーザー駆動陽子線加速器を実現するには、(1)レーザー、(2)陽子線源、(3)伝送・照射系の開発が必要である。本講演では、そのうち陽子線源に関する開発の現状を述べる。繰り返しの効く小型レーザーによって、80MeVのエネルギーの陽子線を治療に必要な個数だけ、安定に発生する必要があり、より高エネルギー陽子線を高効率に発生する必要がある。そのための手法として、高コントラスト(プリパルスが少ない)なレーザーをより薄いターゲットに照射するという方法が、世界的に主流となっており、プラズマミラーを導入することによって、11桁以上のコントラストを持つレーザーパルスを達成し、ナノメータレベルの厚さの薄膜と相互作用させて陽子線発生が行われている。このスキームによる世界記録は、エネルギー50J, 700fsの長いパルスを用いた場合最高エネルギー25MeV、0.7J, 45fsの短パルスを用いた場合13MeVの陽子線の確認となっている。われわれは、高コントラストTi:Sapレーザー(J-KAREN)を用いて、陽子線加速実験を行った。J-KARENレーザーはプラズマミラーを用いずに、レーザー単体で11桁以上の高コントラストを達成している。パルス幅45fs, 4Jのレーザーパルスを10Wcm
の強度で、厚さ2ミクロンのAl薄膜に集光したところ、最高エネルギー14MeVの陽子線の発生が確認できた。この値は、短パルスレーザーを用いて行われた実験の世界最高レベルと、ほぼ同等の値となっている。
森 道昭; 小倉 浩一; 余語 覚文; 西内 満美子; 桐山 博光; Pirozhkov, A. S.; 匂坂 明人; 織茂 聡; 反保 元伸; 大東 出; et al.
no journal, ,
J-KARENチタンサファイアレーザーを用いて、陽子線がん治療のためのレーザーイオン加速研究を行っている。その中でも特にレーザー装置の高コントラスト・高エネルギー化によって7MeVを超える陽子線の発生が可能になったのでこれを中心に報告する。具体的には、コントラストを一桁改善し、レーザーエネルギーを従来の2倍以上に増強したJ-KARENレーザーシステムで発生した波長800nm・パルス幅40fs・レーザーエネルギー1.8J・ピーク出力45TWのレーザー光を、f/2.5(f=320mm)の軸外し放物面鏡を用いて厚み2.5ミクロンのステンレス薄膜上に入射角45度の配置で強度510W/cmで集光・照射し、カットオフ7MeVのエネルギーのプロトンビームが発生していることを明らかにした。一方、エネルギースペクトルの計測結果とCR-39を用いたイオンビームの空間分布計測からレーザー光からイオンビームへの変換効率は1MeV以上で約0.6%であることもわかった。講演では、本実験結果を交え今後の展開について報告する。
余語 覚文; 西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 前田 拓也; 森 道昭; 小倉 浩一; 織茂 聡; et al.
no journal, ,
高強度・短パルスのレーザーを用いたイオン加速は、1MV/mに及ぶ急峻な電場勾配を発生するため、従来のイオン加速器を大幅に小型化する技術として注目されている。レーザー駆動イオン加速装置の特徴の1つとして、シンクロトロンなど通常のがん治療に使われている加速器と比較して、高電流・短時間幅のイオンビームを発生することが挙げられる。将来的に、レーザー駆動加速装置が治療に用いられることを想定して、前述のような特徴を持つレーザー駆動陽子線の生物学的効果を、実験的に究明する必要がある。この目的のために、レーザー駆動による陽子線の細胞照射装置を開発し、生物学的影響を評価する実験を開始した。照射装置の開発の現状と、ヒト由来のがん細胞に対して照射実験を行った結果について報告する。
余語 覚文; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 前田 拓也; 西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; 森 道昭; 小倉 浩一; 織茂 聡; et al.
no journal, ,
レーザー駆動加速装置が治療に用いられることを想定して、レーザー駆動による陽子線を用いた細胞生物学実験を実施した。実験では、機構のJ-KAREN装置からの超短パルスレーザー(パルス幅:40fs,エネルギー:1.8J,中心波長:800nm)を510W/cmの集光強度で厚さ12.5mのポリイミド薄膜に照射し、最大エネルギー4MeVの連続スペクトルを持つ陽子線を発生させ、磁場分析器でエネルギーを選別した後、薄膜窓を介して培養状態のヒト肺腺がん細胞株に照射した。陽子線バンチの時間幅は20ns、ビームフラックスは10
cms
、1バンチによる吸収線量は約1Gyであった。この結果、吸収線量あたりの2本鎖切断収量を測定して、生物効果を示す指標である、生物学的効果比(RBE: Relative Biological Effectiveness)を、レーザー駆動粒子線として初めて評価することができた。
小倉 浩一; 静間 俊行; 早川 岳人; 織茂 聡; 匂坂 明人; 西内 満美子; 森 道昭; 余語 覚文; Pirozhkov, A. S.; 杉山 博則*; et al.
no journal, ,
超短パルス高強度レーザー光を薄膜ターゲットに集光すると、MeV領域の高エネルギーのプロトンを発生できる。このプロトンを利用したレーザーイオン源が実用化されれば加速器の小型化や小型放射化装置などへの利用が考えられる。レーザー駆動で発生されるプロトンビームは単色ではなく、広いエネルギーを持っている。ここでは、レーザー駆動プロトンビームを照射して放射化を行った場合の深さ方向の放射化量の分布について計算を行った。その結果、深さ方向に放射化量が減少することがわかり、例えば薄層放射化を用いた摩耗測定に応用できる可能性があることがわかった。
匂坂 明人; 森 道昭; Pirozhkov, A. S.; 余語 覚文; 西内 満美子; 小倉 浩一; 織茂 聡; 反保 元伸; 榊 泰直; 堀 利彦; et al.
no journal, ,
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。今回、レーザー駆動イオン源の開発を目的とし、薄膜ターゲットからの陽子発生実験を行った。日本原子力研究開発機構設置のチタンサファイアレーザー(J-KAREN)を用い、軸外し放物面鏡により薄膜ターゲットに照射した。レーザーのパルス幅は、半値全幅で40fsであった。集光強度は510W/cmであり、ターゲット裏面方向に発生する陽子をTOF(Time of Flight)分析器により測定した。厚さ2.5mのステンレスターゲットを用いた場合、プロトンの最大エネルギーは7MeVに達した。
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; 金沢 修平; et al.
no journal, ,
近年の高強度レーザー技術の急速な進展に伴い、世界各国で超高強度ピーク出力を有するレーザー装置が開発され、多くの研究に利用されようとしている。実際の応用を考えたとき、ピーク出力向上のみならず時間構造や空間構造,ビーム安定性が重要となる。本講演では、高強度レーザーの空間制御技術として背景光の抑制,空間制御技術としてビーム均質化、及びレーザー光路の自動制御化を原子力機構において開発されたJ-KARENレーザーに適用した実験結果について報告する。
