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論文

High spatiotemporal-quality petawatt-class 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.

Applied Optics, 49(11), p.2105 - 2115, 2010/04

 被引用回数:39 パーセンタイル:86.23(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。

論文

Electron optical injection with head-on and countercrossing colliding laser pulses

小瀧 秀行; 大東 出; 神門 正城; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; 亀島 敬*; 福田 祐仁; 本間 隆之; Ma, J.*; Chen, L. M.*; et al.

Physical Review Letters, 103(19), p.194803_1 - 194803_4, 2009/11

 被引用回数:52 パーセンタイル:88.18(Physics, Multidisciplinary)

A high stability electron bunch is generated by laser wakefield acceleration with the help of a colliding laser pulse. The wakefield is generated by a laser pulse; the second laser pulse collides with the first pulse at 180$$^{circ}$$ and at 135$$^{circ}$$ realizing optical injection of an electron bunch. The electron bunch has high stability and high reproducibility compared with single pulse electron generation. In the case of 180$$^{circ}$$ collision, special measures have been taken to prevent damage. In the case of 135$$^{circ}$$ collision, since the second pulse is counter-crossing, it can not damage the laser system.

論文

Experimental studies of the high and low frequency electromagnetic radiation produced from nonlinear laser-plasma interactions

神門 正城; Pirozhkov, A. S.; 福田 祐仁; Esirkepov, T. Z.; 大東 出; 川瀬 啓悟; Ma, J. L.*; Chen, L. M.*; 林 由紀雄; 森 道昭; et al.

European Physical Journal D, 55(2), p.465 - 474, 2009/09

 被引用回数:17 パーセンタイル:64.98(Optics)

高強度レーザーとプラズマの非線型な相互作用により、高エネルギーの粒子やX線からTHz領域までの光子が生成される。われわれの高周波電磁放射生成方法は、高強度超短パルスレーザーにより作られる航跡波に近赤外のレーザー光を相互作用させるものである。この飛翔鏡の原理検証実験についてレビューを行う。また、われわれの実験では同時に、低周波の電磁波生成も観測している。これはプラズマ中に生成されるソリトンからの電磁放射であると認識している。ソリトンは、不足密度プラズマ中で生成され、レーザー光のエネルギーの一部をレーザーと同一の偏光の低周波電磁波として閉じこめ、プラズマと真空の境界で電磁放射を行うものである。このソリトンからの低周波電磁波を偏光分解計測した結果を報告する。

論文

Elongation of plasma channel for electron acceleration

Chen, L.-M.; 中島 一久; Hong, W.*; Hua, J. F.*; 亀島 敬; 小瀧 秀行; 杉山 精博*; Wen, X.*; Wu, Y.*; Tang, C.*; et al.

Chinese Optics Letters, 5(S1), p.S133 - S135, 2007/05

Experiments for the laser guiding studies has been carried out with the 30 fs, 100 TW laser pulse interaction with the long slab and discharged capillary of underdense plasma. Formation of extremely long plasma channel with its length 10 times above the Rayleigh length is observed when the laser pulse power is much higher than the critical power for relativistic self-focusing. The long self-guiding channel formation is accompanied by the quasi-monoenergetic electron acceleration with a low transverse emittance and high electric current (10 nC/shot). In order to continuously elongate plasma channel, a 4 cm-scale discharged capillary was used. We successfully demonstrated laser-plasma acceleration of high-quality electron beams up to nearly GeV. Our results exactly verified the prediction of laser-wakefield acceleration through a cm-scale plasma channel in the blowout bubble regime.

論文

Recent progress on the development and analysis of the ITPA global H-mode confinement database

McDonald, D. C.*; Cordey, J. G.*; Thomsen, K.*; Kardaun, O. J. W. F.*; Snipes, J. A.*; Greenwald, M.*; Sugiyama, L.*; Ryter, F.*; Kus, A.*; Stober, J.*; et al.

Nuclear Fusion, 47(3), p.147 - 174, 2007/03

 被引用回数:44 パーセンタイル:29.82(Physics, Fluids & Plasmas)

国際トカマク物理活動(ITPA)全体的Hモード閉じ込めデーターベースの第3版(DB3)に関し1994年から2004年の期間に行われた更新と解析について、この論文は記述する。エネルギー閉じ込め時間とその制御パラメータの巨視的データを、異なったサイズと形状の次の18装置から集めた。ASDEX, ASDEX Upgrade, C-Mod CoMPASS-D, DIII-D, JET, JFT-2M, JT-60U, MAST, NSTX, PBX-M, PDX, START, T-10, TCV, TdeV, TFTR及びUMAN-3M。このDB3データベースに基づき、幅広い物理研究が行われた。特に中心部と周辺部の振る舞いの分離,無次元解析、及びデータベースと1次元輸送コードとの比較に進展があった。データーベースは、ITERのような次期装置の閉じ込め特性の基盤を評価することを主要な目的としており、この論文でも解析結果を踏まえて次期装置を議論する。

論文

Scaling of the energy confinement time with $$beta$$ and collisionality approaching ITER conditions

Cordey, J. G.*; Thomsen, K.*; Chudnovskiy, A.*; Kardaun, O. J. W. F.*; 滝塚 知典; Snipes, J. A.*; Greenwald, M.*; Sugiyama, L.*; Ryter, F.*; Kus, A.*; et al.

Nuclear Fusion, 45(9), p.1078 - 1084, 2005/09

 被引用回数:51 パーセンタイル:84.74(Physics, Fluids & Plasmas)

ELMyHモードデータベースの最新版の状況を再検査した。一般最小2乗回帰法における幾つかの変数について偏りがあることが確認された。これらの欠点に注意して、3種の解析手法、(a)主要素回帰法,(b)変数内誤差手法、及び(c)偏りの小さい少数変数による解析、を取り入れた。標準的な工学的変数で表した比例則とともに、無次元物理変数を用いた比例則を導出した。新比例則は従来の比例則に比べて、ITERの標準的ベータ運転に関して同様な性能を予測するが、より高いベータの運転では性能が高くなると予測する。

論文

The Spectrum and laser properties of ytterbium doped phosphate glass at low temperature

Dai, S.*; 杉山 僚; Hu, L.*; Liu, Z.*; Huang, G.*; Jiang, Z.*

Journal of Non-Crystalline Solids, 311(2), p.138 - 144, 2002/11

Yb$$^{3+}$$をドープしたリン酸ガラスを作成し,低温での分光及びレーザー発振特性について評価を行なった。作成したガラスは、モル%でP$$_{2}$$O$$_{5}$$:60-65,B$$_{2}$$O$$_{3}$$:4-8,Al$$_{2}$$O$$_{3}$$:5-10,K$$_{2}$$O:10-15,BaO:5-10,La$$_{2}$$O$$_{3}$$:0-2,Nb$$_{2}$$O$$_{5}$$:0-2,Yb$$_{2}$$O$$_{3}$$:4-87の範囲で調製を行なった。YB$$^{3+}$$イオンの上準位寿命$$^{2}$$F$$_{5/2}$$からの蛍光寿命について、クライオスタットを用いて温度を変えながら測定を行なった。これと併せて,発振波長940nmのレーザーダイオード励起によるガラスレーザーの発振特性を異なる温度で測定した。この結果,スロープ効率4%,最高出力2mWが温度8K,発振波長1001nmにおいて有益な知見が得られた。

論文

Study of a new ytterbium doped phosphate laser glass

Dai, S.*; Hu, L.*; 杉山 僚; 井澤 靖和*; Liu, Z.*; Jiang, Z.*

Chinese Science Bulletin, 47(3), p.255 - 259, 2002/02

 被引用回数:7 パーセンタイル:52.85(Multidisciplinary Sciences)

新イッテルビウムリン酸レーザーガラスを作成し、熱-機械特性,非線形性,微結晶化,微少欠陥及び分光スペクトル測定の物理・光学特性について評価試験を行なった。ガラスの作成プロセスにおいて、OH基濃度を減少させるために、開発した新たな除去法を適用した結果、上準位蛍光寿命は2.2msに達した。さらに,光路長の熱による変化を示すアサーマル特性は、0.42$$times$$10E$$^{-6}$$/Kであり、これはQX/Ybガラスの約1/10と極端に小さい値を示すことがわかった。

論文

Elastic and inelastic scattering of $$^{58}$$Ni+$$^{90,94}$$Zr

杉山 康治; Napoli, D. R.*; A.M.Stefanini*; L.Corradi*; C.Signorini*; F.Scarlassara*; 冨田 芳明*; 池添 博; 井出野 一実*; 山内 良麿*; et al.

European Physical Journal A, 4(2), p.157 - 164, 1999/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:10.62(Physics, Nuclear)

クーロン障壁近辺のエネルギーで$$^{58}$$Ni+$$^{90,94}$$Zrの系の弾性・非弾性散乱の測定を行った。弾性-非弾性散乱のピークが分離でき、精度の良いデータとなった。チャンネル結合法による理論計算を行い、実験との良い一致が得られた。中重核以上の重イオン反応では、融合反応、深部非弾性散乱、核子移行反応等も重要になってくる。この実験は、入射エネルギーによらない光学ポテンシャルを用いた、チャンネル結合法の計算が、すべての実験データを説明できることを示したものである。

口頭

レーザープラズマ電子加速で用いるキャピラリ放電管内のプラズマ密度分布計測

亀島 敬; 小瀧 秀行; 神門 正城; 大東 出; 川瀬 啓悟; 福田 祐仁; Chen, L. M.; Faenov, A. Y.; Pikuz, T. A.*; 本間 隆之; et al.

no journal, , 

近年、レーザープラズマ電子加速が抱える問題点の一つであるレーザーの集光距離による加速距離の制限を解決するためにキャピラリ放電管を用いたプラズマ生成が注目されている。プラズマは密度が高いほど屈折率が低くなるため放電管の中でプラズマ密度を中心で薄く、その外周を高く分布させれば光ファイバーと同じ原理でレーザーは放電管内のプラズマ中を集光伝搬しながら相互作用する。この技術が確立すれば数mm程度に留まっていた加速空間を飛躍的に伸ばすことができる。今回キャピラリ開発研究のうえで重要な項目である最適な屈折率分布を探索するためにチャネル内部のプラズマ密度分布計測を行った。その実験結果を報告する。

口頭

Ablative capillary discharge for laser plasma electron acceleration

亀島 敬; 小瀧 秀行; 神門 正城; 大東 出; 川瀬 啓悟; 福田 祐仁; Chen, L. M.; 本間 隆之; 近藤 修司; Bulanov, S. V.; et al.

no journal, , 

近年、レーザープラズマ電子加速が抱える問題点の一つであるレーザーの集光距離による加速距離の制限を解決するためにキャピラリ放電管を用いたプラズマ生成が注目されている。プラズマは密度が高いほど屈折率が低くなるため放電管の中でプラズマ密度を中心で薄く、その外周を高く分布させれば光ファイバーと同じ原理でレーザーは放電管内のプラズマ中を集光伝搬しながら相互作用する。2006年にKEK, JAEA及び中国工程物理研究院とで共同実験を行い、キャピラリ放電管を用いて560MeVの電子ビームの生成に成功した。その実験結果を報告する。

口頭

Ablative capillary discharge for laser plasma electron acceleration

亀島 敬; 小瀧 秀行; 神門 正城; 大東 出; 川瀬 啓悟; 福田 祐仁; Chen, L. M.; 本間 隆之; 近藤 修司; Bulanov, S. V.; et al.

no journal, , 

近年、レーザープラズマ電子加速が抱える問題点の一つであるレーザーの集光距離による加速距離の制限を解決するためにキャピラリ放電管を用いたプラズマ生成が注目されている。プラズマは密度が高いほど屈折率が低くなるため放電管の中でプラズマ密度を中心で薄く、その外周を高く分布させれば光ファイバーと同じ原理でレーザーは放電管内のプラズマ中を集光伝搬しながら相互作用する。2006年にKEK,JAEA,中国工程物理研究院とで共同実験を行い、キャピラリ放電管を用いて560MeVの電子ビームの生成に成功した。その実験結果を報告する。

口頭

レーザー衝突型電子入射によるレーザー加速電子ビームの安定化

小瀧 秀行; 大東 出; 神門 正城; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; 亀島 敬; 福田 祐仁; 本間 隆之; Ma, J.*; Chen, L. M.*; et al.

no journal, , 

高強度レーザーとプラズマとの相互作用により生成したプラズマ振動中の電場(ウェーク場)によって荷電粒子を加速する「レーザー加速」により、パルスで低エミッタンス(指向性が高い)の電子ビームを短い加速距離でつくることが可能となる。しかし、1パルスの場合、電子のトラップと加速を同一のレーザーパルスで行うため、安定領域が非常に狭く、電子の発生が不安定になってしまう。これを解決するため、衝突角45度及び0度(完全正面衝突)での2パルス衝突による安定な高品質電子ビーム発生「光電子入射(オプティカルインジェクション)」を行った。2パルスの使用により、ウェーク場への電子トラップと加速とが分離でき、レーザーやプラズマ密度等のパラメーターを最適化することにより安定な高品質電子ビーム発生が可能であることを示した。

口頭

センチメートルスケールのキャピラリー放電プラズマチャネルを用いたレーザー電子加速

亀島 敬; 小瀧 秀行; 神門 正城; 大東 出; 川瀬 啓悟; 福田 祐仁; Chen, L. M.*; 本間 隆之; 近藤 修司; Esirkepov, T. Z.; et al.

no journal, , 

レーザープラズマ電子加速は非常に高い電場を持っているが、加速空間が非常に短いという問題点を持っているため、その電子ビームの加速エネルギーは100MeV程度に制限されていた。近年、このレーザープラズマ電子加速が抱える問題点をキャピラリー放電管を用いることで大幅に解決がなされた。プラズマは密度が高いほど屈折率が低くなる特徴を利用して放電管の中でプラズマ密度を中心で薄く、その外周を高く分布させれば光ファイバーと同じ原理でレーザーは放電管内のプラズマ中を集光伝搬しながら相互作用する。ゆえに、加速空間を大幅に拡張することができる。この実験を2006年に中国工程物理研究院とKEK、及び原子力機構で共同実験を行い、キャピラリ放電管を用いて4.4Jのレーザーパルスの集光伝搬及び0.56GeVの電子ビームの生成に成功した。加えて、JAEAにて同様の実験を2007年に行い、1Jのレーザーパルスの集光伝搬及び電子ビームの発生に成功した。

口頭

Improvement of the stability of laser accelerated electron bunch using counter-crossing and head-on laser pulses

小瀧 秀行; 大東 出; 神門 正城; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; 亀島 敬; 福田 祐仁; 本間 隆之; Ma, J.*; Chen, L. M.*; et al.

no journal, , 

In order to generate a stable high-quality electron beam, optical injection by collision of two laser pulses is proposed. We succeeded a monoenergetic 134 MeV electron beam generation by the optical injection in a head-on laser pulses configuration. The experiments were carried out by the perfect head-on collision, which has problems to the backward laser light toward the laser system and the extraction of the generated electron beam. The counter-crossing injection, which is a realistic setup for applications, by two sub-relativistic laser pulses collision with the colliding angle of 45 $$^{circ}$$ is demonstrated. The collision of two laser pulses generates a high-quality electron beam with high repeatability. The generated monoenergetic electron beam has 14.4 MeV of the peak energy, 10.6% of the energy spread, 21.8 pC of the charge, 1.6 $$pi$$ mm mrad of the normalized emittance, and 47.4% of the repeatability.

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