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論文

Positrons and positronium in macromolecules; Consequences of different charge states

小林 慶規*; 佐藤 公法*; 山脇 正人*; 満汐 孝治*; 岡 壽崇; 鷲尾 方一*

Radiation Physics and Chemistry, 202, p.110590_1 - 110590_6, 2023/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:71.05(Chemistry, Physical)

陽電子とポジトロニウムは、その電荷状態が異なるため、高分子中での挙動が全く異なる。正電荷を帯びた陽電子の挙動は、静電相互作用に強く影響される。ポリエチレンのような無極性高分子では、エネルギーを持った陽電子はポジトロニウムを形成しない場合は非局在化状態に陥る。これらの陽電子は、極性基があれば敏感に捕捉される。一方、電荷的に中性なポジトロニウムは、高分子の化学構造に関係なく自由体積に局在する。本研究では、さまざまな高分子における陽電子とポジトロニウムの挙動と消滅特性について、その違いを強調しつつ議論する。

論文

Energy dissipation of para-positronium in polymers and silica glass

小林 慶規*; 佐藤 公法*; 山脇 正人*; 満汐 孝治*; 岡 壽崇; 鷲尾 方一*

Applied Physics Express, 15(7), p.076001_1 - 076001_4, 2022/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:37.1(Physics, Applied)

高分子およびシリカガラス中の短寿命パラポジトロニウムのエネルギー損失について検討した。陽電子消滅ガンマ線のドップラー広がりを示す$$S$$パラメータ(511keVの消滅ガンマ線のエネルギースペクトルのピーク全体のカウント数に対する中心付近のカウント数の割合)を、陽電子消滅寿命・運動量相関測定の結果から決定した。$$S$$パラメータを自由体積に捕捉された熱化した$textit{p}$-Psの予想値と比較したところ、フッ素系高分子やシリカガラスでは$textit{p}$-Psは熱化せず、過剰エネルギーを持つことがわかり、フッ素やシリコンなどの比較的重い元素を含む物質ではPsがエネルギーを失うことが困難であることが示唆された。

論文

High power laser developments with femtosecond to nanosecond pulse durations for laser shock science and engineering

桐山 博光; 森 道昭; 鈴木 将之*; 大東 出*; 岡田 大; 越智 義浩; 田中 桃子; 佐藤 方俊*; 玉置 善紀*; 吉井 健裕*; et al.

レーザー研究, 42(6), p.441 - 447, 2014/06

原子力機構で開発している、(1)フェムト秒超高強度レーザーとしてOPCPA/Ti:sapphireハイブリッドレーザー、(2)ピコ秒高強度レーザーとしてOPCPA/Yb:YAGハイブリッドレーザー、(3)ナノ秒高平均出力レーザーとして半導体レーザー励起Nd:YAGレーザーについて、それらの構成及び動作特性について紹介する。

論文

Measurements of electron-induced neutrons as a tool for determination of electron temperature of fast electrons in the task of optimization laser-produced plasma ions acceleration

榊 泰直; 西内 満美子; 前田 祥太; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; Pikuz, T.; Faenov, A.*; 小倉 浩一; 深見 智代; 松川 兼也*; et al.

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02A705_1 - 02A705_4, 2014/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:11.31(Instruments & Instrumentation)

高強度レーザーとプラズマの相互作用によるイオン発生において、電子特性の計測は不可欠である。そのため、様々な計測手法が提案されているが、今回我々は、光核中性子反応による中性子を計測することで、精度よく電子特性の計測を行う新規性の高い手法を提案する。この手法は、イオン加速エネルギー計測と共にピークパワー1$$times$$10$$^{21}$$W/cm$$^{2}$$のJ-KARENレーザーによって実証された。イオン加速エネルギーと本手法による計測結果は極めて相関をもつことがわかり、改良を重ねて行けば非常に良い計測器になり得ることがわかった。

論文

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

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.13

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。

論文

Development of a compact high-spatiotemporal-quality Yb:YAG thin-disk laser system using an optical parametric preamplifier

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

レーザー研究, 40(2), p.143 - 145, 2012/02

光パラメトリックチャープパルス増幅(OPCPA)をベースにした非線形前置増幅器を用いた小型,高時間空間品質,高強度半導体レーザー励起Yb:YAG薄型ディスクチャープパルス増幅器の開発を行った。ストレッチャーでパルス幅を伸張されたチャープパルスは、OPCPA前置増幅器、及びYb:YAG主増幅器において、10Hzの繰り返し動作で100mJにまで増幅される。集光性能は、横方向では回折限界の1.1倍、縦方向では1.4と高い空間特性を有していることがわかった。また、470fsにまでパルス圧縮に成功するとともに、10$$^{-8}$$の高いコントラストを得ており、時間特性も優れた特性を示すことがわかった。

論文

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

 被引用回数:5 パーセンタイル:28.75(Optics)

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。

論文

Measurement of DNA double-strand break yield in human cancer cells by high-current, short-duration bunches of laser-accelerated protons

余語 覚文; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 前田 拓也*; 榊 泰直; 堀 利彦*; 小倉 浩一; 西内 満美子; 手島 昭樹*; 西村 博明*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 50(10), p.106401_1 - 106401_7, 2011/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:34.77(Physics, Applied)

To investigate the radiobiological effects of high dose rates that are attributed to high current, short bunch beam generation with laser-dreven ion acceleration, we have developed an experimental setup that uses laser-accelerated protons. ${it In-vitro}$ human lung cancer cells: A549 pulmonary adenocarcinoma are irradiated with a laser-accelerated proton bunches with a duration of $$2 times 10^{-8}$$ s and flux of $$sim10^{15}$$ cm$$^{-2}$$s$$^{-1}$$, amounting to single bunch absorbed dose at the 1 Gy level. The double-strand break (DSB) yield in cell DNA is analyzed for the laser-accelerated proton beam at an average LET of 41 keV/$$mu$$m.

論文

Interlaboratory comparison of positron annihilation lifetime measurements

伊藤 賢志*; 岡 壽崇*; 小林 慶規*; 白井 泰治*; 和田 健一郎*; 松本 昌高*; 藤浪 真紀*; 平出 哲也; 誉田 義英*; 細見 博之*; et al.

Materials Science Forum, 607, p.248 - 250, 2009/00

現在までに陽電子消滅寿命測定(PAL)の標準化が行われたことはない。標準がないと各々の研究室データの比較における信頼性の欠如に繋がる。そこで標準化への第一歩として、金属,高分子,シリカガラスの3種類の試料において合意した測定、及び解析手法で測定を行い、研究室間において比較を行った。金属試料では1寿命成分、それ以外では3寿命成分で解析を行った。陽電子寿命、及びオルソーポジトロニウム寿命に関して、研究室間における測定結果の違いが起こる原因について考察した。その結果、研究室ごとに使用している検出器の形状,配置などが異なり、コンプトン散乱された低エネルギーの$$gamma$$線がもう一方の検出器に入ることで寿命スペクトル上にゆがみができるためと考えられた。検出器間に薄い金属板を挿入することで、各研究室間の違いが低減されることを確認した。

論文

Interlaboratory comparison of positron annihilation lifetime measurements for synthetic fused silica and polycarbonate

伊藤 賢志*; 岡 壽崇*; 小林 慶規*; 白井 泰治*; 和田 健一郎*; 松本 昌高*; 藤浪 真紀*; 平出 哲也; 誉田 義英*; 細見 博之*; et al.

Journal of Applied Physics, 104(2), p.026102_1 - 026102_3, 2008/07

 被引用回数:44 パーセンタイル:83.19(Physics, Applied)

同一の溶融石英とポリカーボネートを試料に用い、陽電子消滅寿命測定及び解析を12の研究室において実施し、その比較を行った。各研究室で得られた陽電子寿命のばらつきは、測定方法と解析方法を統一することで、過去に報告されている、何も制約を与えずに行われた試験結果に比較して、小さくできることがわかった。

論文

Viscosity change and structural transition of molten Fe at 5 GPa

寺崎 英紀*; 加藤 工*; 浦川 啓*; 舟越 賢一*; 佐藤 公則*; 鈴木 昭夫*; 岡田 卓

Geophysical Research Letters, 29(8), p.68_1 - 68_3, 2002/05

高圧下における溶融純鉄の粘性その場測定を、X線影像落球法によりおこなった。約2000Kにおける粘性係数は、2.7-5.0GPaでは15-24mPa sであり、5.0-7.0GPaでは4-9mPa sであった。粘性係数の急激な減少が5GPa付近で観察された、この圧力条件では融点直下における安定固相はデルタ相(bcc)からガンマ相(fcc)に変化する。今回得られた結果は、溶融鉄の構造変化が固相の相転移と近い圧力条件において、狭い圧力幅(1GPa)で起こる可能性を示唆している。

口頭

石英ガラスとポリカーボネートの陽電子寿命比較測定

小林 慶規*; 伊藤 賢志*; 岡 壽崇*; 榊 浩司*; 白井 泰治*; 誉田 義英*; 島津 彰*; 藤浪 真紀*; 平出 哲也; 斉藤 晴雄*; et al.

no journal, , 

陽電子消滅寿命測定法の標準試料作成のために、石英ガラスとポリカーボネート試料を産総研を中心に、大阪大学,千葉大学,東京大学,筑波大学,東北大学,東京学芸大学,日本原子力研究開発機構,日東電工,東レリサーチセンターが参加し、12か所で陽電子消滅寿命測定した。その結果、測定方法をある程度統一にすることで、装置の違いや実験者の違いによる差は小さくすることが可能であることを明らかにした。

口頭

陽電子消滅寿命測定試験所間比較試験

伊藤 賢志*; 岡 壽崇*; 小林 慶規*; 白井 泰治*; 和田 健一郎*; 松本 昌高*; 藤浪 真紀*; 平出 哲也; 誉田 義英*; 細見 博之*; et al.

no journal, , 

現在までに陽電子消滅寿命測定の標準化が行われたことはない。標準がないと各々の研究室データの比較における信頼性の欠如に繋がる。そこで標準化への第一歩として、金属,ポリカーボネート,シリカガラスの3種類の試料において合意した測定、及び解析手法で測定を行い、研究室間において比較を行った。研究室間における測定結果の違いが起こる原因について考察した結果、研究室ごとに使用している検出器の形状,配置などが異なり、コンプトン散乱された低エネルギーの$$gamma$$線がもう一方の検出器に入ることで寿命スペクトル上にゆがみができるためと考えられた。検出器間に薄い金属板を挿入することで、各研究室間の違いが低減されることを確認した。

口頭

陽電子寿命試験所間比較測定における不確かさの考察

伊藤 賢志*; 岡 壽崇*; 小林 慶規*; 白井 泰治*; 和田 健一郎*; 松本 昌高*; 藤浪 真紀*; 平出 哲也; 誉田 義英*; 細見 博之*; et al.

no journal, , 

金属中の空孔型欠陥や高分子中の自由体積空孔の検出・測定に有効な陽電子寿命測定法において、これまで異なる研究室で得られた結果の同等性や信頼性はほとんど検討されてこなかった。ここでは、バルク陽電子寿命測定のための測定プロトコルや標準物質の検討結果に基づいて実施した試験所間比較試験結果における不確かさの要因について考察した。金属試料ではさらなる検討が必要であることがわかったが、ポリカーボネート及び石英ガラスでのオルソーポジトロニウムの寿命値の結果では過去の国際比較試験に比して半分以下の不確かさが実現できた。

口頭

レーザー駆動陽子線細胞照射装置の開発と生物影響研究

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/$$mu$$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。

口頭

レーザー駆動陽子線によるがん細胞DNA2本鎖切断のRBE測定

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5$$times$$10$$^{19}$$W/cm$$^2$$の集光強度で厚さ12.5$$mu$$m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$$^{15}$$cm$$^{-2}$$s$$^{-1}$$、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。

口頭

High intensity, high contrast OPCPA/Yb:YAG hybrid laser system

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

no journal, , 

本研究成果はOPCPAとYb:YAG増幅器のハイブリッドレーザーシステムを世界に先駆けて開発し、そのコントラスト計測を初めて行ったものである。レーザー駆動粒子線における粒子のエネルギーはレーザーの集光強度に依存しており、また治療を10分程度で終了させるためには、100Hz程度で繰り返す必要がある。われわれはこの要求を満たす可能性を秘めた高エネルギー,高繰り返し動作可能なLD励起Yb:YAGレーザー開発を行った。レーザーシステムは、発振器,オフナー型パルス伸張器,光パラメトリック増幅器(OPCPA),LD励起Yb:YAG増幅器及びパルス圧縮器で構成されている。高コントラスト化のために第1段目の増幅器にOPCPAを設置し、出力5mJを得た。その後LD励起Yb:YAGマルチパス増幅器でエネルギー120mJまで増幅し、パルス圧縮器でパルス幅300fsまで圧縮した。同時に3次のクロスコリレーターを用いてコントラスト計測を行い、増幅パルスの150ps直前で8桁のコントラストを確認した。

口頭

OPCPA/LD励起Yb:YAG薄膜ディスクハイブリッドレーザーシステム

鈴木 将之; 桐山 博光; 大東 出; 岡田 大; 佐藤 方俊*; 吉井 健裕*; 玉置 善紀*; 松岡 伸一*; 菅 博文*; Bolton, P.; et al.

no journal, , 

将来の小型がん治療器開発におけるレーザー駆動粒子線の励起レーザーは、高ピーク強度、高コントラスト及び高繰り返し動作が望まれている。これを実現するために高コントラスト化が見込めるOPCPA増幅器をフロントエンドに用い、高繰り返し動作可能なLD励起Yb:YAG薄膜ディスクを主増幅器に用いたハイブリッドレーザーシステムの開発進めている。発振器からのレーザーは、オフナー型パルス伸長器でパルス幅1nsまで伸長され、その後ポッケルセルにて10Hzに切り出され、Nd:YAGレーザーの第二高調波を励起光としたOPCPAを用いて、エネルギー3.5mJ(繰り返し10Hz)まで増幅される。さらに波長940nmのLDを励起源としたYb:YAG薄膜ディスクで構成される20パスマルチ増幅器にて増幅される。励起エネルギー1.2Jのときに出力130mJまで得た。この増幅されたレーザーパルスをパルス圧縮器でパルス幅500fs程度まで圧縮を行い、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。従来技術を用いた場合、コントラストは6桁程度と報告されており、その結果と比較すると今回の結果は2桁の向上に成功した。

口頭

Hundred mJ level, high contrast OPCPA/Yb:YAG hybrid laser system

鈴木 将之; 桐山 博光; 大東 出; 岡田 大; Bolton, P.; 杉山 僚; 近藤 公伯; 河西 俊一*; 佐藤 方俊*; 玉置 善紀*; et al.

no journal, , 

高ピーク強度,高コントラスト及び高繰り返しレーザーは量子制御用THz及びレーザー駆動粒子線発生用励起源としてその開発が期待されている。これを実現するために高コントラスト化が見込めるOPCPA増幅器をフロントエンドに用い、高繰り返し動作可能なLD励起Yb:YAG薄膜ディスクを主増幅器に用いたハイブリッドレーザーシステムの開発進めている。発振器からのレーザーオフナー型パルス伸長器でパルス幅1nsまで伸長される。パルス伸張されたレーザーパルスはポッケルセルにて10Hzに切り出され、Nd:YAGレーザーの第二高調波を励起光とした3個の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。その後OPCPAで増幅されたレーザーパルスは、さらに波長940nmのLDを励起源としたYb:YAG薄膜ディスクを20パスマルチ増幅器にて増幅される。LDの励起エネルギー1.2Jのときに出力130mJまで得ている。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500fs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。

口頭

High-spatiotemporal-quality high-intensity laser system

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

no journal, , 

原子力機構で開発している高強度レーザーについて、招待講演として報告する。まず、フェムト秒超高強度OPCPA/Ti:sapphireハイブリッドレーザーシステムについて報告する。本レーザーシステムにおける構成、及びペタワット(PW)級へのエネルギー増幅特性について紹介する。高い時間・空間エネルギー集中性を得るための光パラメトリックチャープパルス増幅技術や低温冷却技術,空間回折光学素子技術などの新規技術開発についても詳細に発表する。併せて、高強度レーザーの小型化,高繰り返し化を目指し、開発を進めているYb:YAGレーザーシステムについても同様に詳しい動作特性を報告する。

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