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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：84 パーセンタイル：95.40(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：8.49(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：103 パーセンタイル：94.16(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：86 パーセンタイル：94.81(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：82.77(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。
桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基*; 下村 拓也; 笹尾 一*; 田上 学*; 岡田 大; 金沢 修平; 大東 出; 笹尾 文崇; et al.
no journal, ,
ペタワット級の高強度レーザーの時間制御技術として光パラメトリックチャープパルス増幅法による背景光の抑制技術,空間制御技術として回折光学素子によるビームプロファイルの強度均質化技術、光路自動調整によるレーザー光の高安定化技術などを開発し、原子力機構のJ-KARENレーザーに適用した実験結果を招待講演として報告する。また、次世代の小型・高強度レーザーシステムを目指し、半導体レーザー励起方式を導入したセラミックレーザーの最近の実験結果についても併せて報告する。
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; 永島 圭介; 越智 義浩; 森 道昭; 田中 桃子; 笹尾 文崇; 小菅 淳; 岡田 大; 近藤 公伯; 匂坂 明人; et al.
no journal, ,
高いピーク強度を有する超高強度レーザーの小型化に伴い、これらを利用した高エネルギー電子,イオン,陽子線発生といった高強度光利用研究が世界各国で活発に展開されている。これらの利用研究を推進するうえで重要な時間・空間制御技術開発について招待講演として報告する。ここでは、高強度レーザー光の時間制御技術として非線形増幅方式を用いた背景光の抑制技術,空間制御技術として回折光学素子を用いたビームの空間均質化技術、及び安定性向上のためのレーザー光路の自動制御化技術を行い、原子力機構保有の高強度レーザーに適用した結果について報告する。また、背景光の原因について考察した結果についても併せて発表する。また、高効率・高繰り返し動作が可能な次世代型のレーザー技術などについても紹介を行う。
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; 桐山 博光; 金沢 修平; 近藤 修司; et al.
no journal, ,
100fs以下でコンパクト化が可能な10J級チタンサファイアレーザーシステムを使用したレーザー駆動陽子発生において、これまでの最大値25MeVを大きく上回る40MeVの陽子線を発生できた。パルス幅40fsで高いコントラスト比1E10のレーザー光の伝送効率,伝送波面の向上により、国内では最大の集光強度1E21W/(cm*cm)を確実に発生できる技術を確立し、これをマイクロメートルサイズの厚さの薄膜に照射して高エネルギー陽子線の発生を実現した。10Hz化が可能なレーザースペックで高繰り返し供給可能なテープターゲットを用いても30MeVを越す十分な量の陽子線が発生でき、医療応用の実現可能性が飛躍的に高まった。
小倉 浩一; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 谷本 壮; Esirkepov, T. Z.; 匂坂 明人; 神門 正城; 静間 俊行; 早川 岳人; 桐山 博光; et al.
no journal, ,
応用に適したチタンサファイアレーザーシステムを用い、従来の最も高いエネルギー25MeVを上回る40MeVの陽子線を発生できた。このとき、高いコントラスト1E10のレーザー光の伝送効率の向上、伝送波面の向上より集光強度1E21W/cm/cmを達成し、これを薄膜に照射してプラズマを生成して陽子発生実験を行った。
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.
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10
Wcm
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。
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。
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。
小倉 浩一; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 谷本 壮; 匂坂 明人; Esirkepov, T. Z.; 静間 俊行; 早川 岳人; 羽島 良一; 神門 正城; et al.
no journal, ,
厚さm程度の薄膜に高強度レーザーを集光させると高エネルギーの陽子線を発生させることができる。生成した陽子線は、医療応用や同位元素生成するためのコンパクトな粒子源となることが期待される。100fs以下でコンパクト化が可能な10J級チタンサファイアレーザーシステムを使用したレーザー駆動陽子発生において、これまでの最大値25MeVを大きく上回る40MeVの陽子線を発生できた。実験は原子力機構のJ-KARENチタンサファイアレーザーシステムを使用した。エネルギー18J,パル幅40fs,波長800nm,ビーム径150mmであった。レーザービームを軸外し放物面鏡で薄膜ターゲット(アルミニウム0.8m)に集光した。集光径は、約3m4m(FWHM)であった。ターゲット上のエネルギーは7.4J、集光強度は1E21W/cm以上であった。メインパルスに先立つ100500psのコントラストは約1E10であった。発生した陽子線はCR39固体飛跡検出器で検出した。陽子のエネルギーとCR39に中での飛程との関係から最大エネルギーは約40MeVであることがわかった。
西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 谷本 壮; 榊 泰直; 堀 利彦; 匂坂 明人; 余語 覚文; 福田 祐仁; 金崎 真聡; et al.
no journal, ,
レーザー駆動陽子線を医療応用に資するためには、繰り返しの効く小型レーザーで、十分に高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る。レーザー駆動陽子線の最大エネルギーは集光強度に依存して高くなる。より少ないレーザーエネルギーで高エネルギーの陽子線を発生させるには、集光強度を向上させることが必要不可欠である。われわれは、関西光科学研究所における100TW級レーザーJ-KARENシステムのポテンシャルを最大限に引き出すため、レーザーの伝送光路において、波面精度のよい大口径光学ミラーの導入、及び伝送光路におけるエネルギーロスを減らすためのコンプレッサー位置の移動を行った。その結果レーザー集光強度は去年の11月に行った実験に比して、1桁近く向上し、発生陽子線の最高エネルギーも23MeVを記録した。これは、100TW級のレーザーにおいては世界最高レベルである。さらにプラズマミラーを導入して11桁以上のコントラストを持つレーザーパルスを生成、ナノメータレベルターゲットによる陽子線発生を行った。本講演において、詳細結果を発表する。
