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論文

Simultaneous generation of ions and high-order harmonics from thin conjugated polymer foil irradiated with ultrahigh contrast laser

Choi, I. W.*; Kim, I. J.*; Pae, K. H.*; Nam, K. H.*; Lee, C.-L.*; Yun, H.*; Kim, H. T.*; Lee, S. K.*; Yu, T. J.*; Sung, J. H.*; et al.

Applied Physics Letters, 99(18), p.181501_1 - 181501_3, 2011/11

 被引用回数:15 パーセンタイル:40.47(Physics, Applied)

高コントラストレーザーを4$$times$$10$$^{19}$$W/cm$$^{2}$$の強度でポリマーに照射し、イオンと第2高調波を同時に発生させたことを報告する。陽子の最大エネルギーは8MeVでターゲットノーマル方向に加速された。強い第2高調波は6%の強度でレーザー反射方向に発生した。2次元計算コードによって、陽子と高次高調波の同時発生を示し、レーザーと粒子線の応用の可能性を示している。

論文

Focusing and spectral enhancement of a repetition-rated, laser-driven, divergent multi-MeV proton beam using permanent quadrupole magnets

西内 満美子; 大東 出; 池上 将弘; 大道 博行; 森 道昭; 織茂 聡; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 余語 覚文; Pirozhkov, A. S.; et al.

Applied Physics Letters, 94(6), p.061107_1 - 061107_3, 2009/02

 被引用回数:50 パーセンタイル:13.26(Physics, Applied)

2.4MeVのレーザー駆動陽子線を永久四重極磁石で1Hzで収束させた。磁場勾配は、55T/m, 60T/mであった。陽子線は、ターゲットから650mmにおける2.7mm$$times$$8mmの大きさ(半値全幅)の領域に収束された。この結果は、モンテカルロシミュレーションとよく一致した。

論文

Efficient production of a collimated MeV proton beam from a Polyimide target driven by an intense femtosecond laser pulse

西内 満美子; 大道 博行; 余語 覚文; 織茂 聡; 小倉 浩一; Ma, J.-L.; 匂坂 明人; 森 道昭; Pirozhkov, A. S.; 桐山 博光; et al.

Physics of Plasmas, 15(5), p.053104_1 - 053104_10, 2008/05

 被引用回数:38 パーセンタイル:15.22(Physics, Fluids & Plasmas)

超高強度フェムト秒レーザーを7.5, 12.5, and 25$$mu$$m厚のポリイミドターゲットに照射することにより、最高エネルギー4MeVの高フラックスプロトンビームを発生した。レーザーのエネルギーは1.7Jパルス幅34fs強度は3$$times$$10$$^{19}$$Wcm$$^{-2}$$であった。Amplified spontaneous emissionの強度(コントラスト)はメインパルスの4$$times$$10$$^{-8}$$であった。レーザーからプロトンへのエネルギーの変換効率は、3%に達し、ナノメートル厚の超薄型ターゲットとコントラストが極低いレーザー($$sim$$10$$^{-10}$$)を使って得られた既存の結果とほぼ同じか、それよりも良い結果を得た。

論文

Protons and electrons generated from a 5-$$mu$$m thick copper tape target irradiated by s-, circularly-, and p-polarized 55-fs laser pulses

Li, Z.*; 大道 博行; 福見 敦*; Bulanov, S. V.; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 余語 覚文; 西内 満美子; 織茂 聡; 森 道昭; et al.

Physics Letters A, 369(5-6), p.483 - 487, 2007/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:49.43(Physics, Multidisciplinary)

レーザー強度8-9$$times$$10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$のp-, s-、と円偏光照射による厚さ5-$$mu$$m銅テープターゲットから垂直方向に発生する陽子と電子の角度分布とエネルギースペクトルを測定した。陽子の最大エネルギーは1.34MeVでターゲット背面垂直方向に、高エネルギー電子はレーザー伝搬の反射方向に観測された。円偏光照射による陽子と電子発生の性質はp偏光照射のときと同じ傾向で、レーザー強度2-3$$times$$10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$照射の場合とは大きく異なっている。

論文

Simultaneous proton and X-ray imaging with femtosecond intense laser driven plasma source

織茂 聡; 西内 満美子; 大道 博行; 余語 覚文; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Li, Z.*; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 桐山 博光; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 46(9A), p.5853 - 5858, 2007/09

 被引用回数:15 パーセンタイル:45.61(Physics, Applied)

高強度短パルスチタンサファイヤレーザーを使って、数MeVのプロトンとkeVのX線と同時に同じ場所から発生させることが可能である。今回、X線とプロトンのソースから10mm離れたサンプルの同時投影像を測定することに成功した。この実験はとてもシンプルな実験であるが、数100fsからpsの分解能を持っている。ディテクターとして、CR39とイメージングプレートを使用した。この方法によってミクロン構造の正確な観測に応用可能である。

論文

Laser prepulse dependency of proton-energy distributions in ultraintense laser-foil interactions with an online time-of-flight technique

余語 覚文; 大道 博行; 福見 敦*; Li, Z.*; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 中村 衆*; 岩下 芳久*; 白井 敏之*; et al.

Physics of Plasmas, 14(4), p.043104_1 - 043104_6, 2007/04

 被引用回数:58 パーセンタイル:9.74(Physics, Fluids & Plasmas)

集光強度$$sim 10^{18}$$W/cm$$^2$$の短パルスレーザーを厚さ5$$mu$$mの銅薄膜に照射することで発生する高速プロトンのエネルギー分布を、新規に開発したオンライン飛行時間分析器を用いて行った。レーザー主パルスの9ns前に入射するfs-時間幅のプリパルスの強度が10$$^{14}$$から10$$^{15}$$W/cm$$^2$$へ上昇するとともに、高速プロトンの最大エネルギーが増加する実験結果が得られた。二波長干渉計測定から、プリパルスによって薄膜の表面に生じるプラズマ膨張のスケール長は15$$mu$$m以下であった。このような密度勾配の急峻なプラズマの発生は、その後に入射する主パルスの吸収効率を高める効果があり、これがプロトンのエネルギーを上昇させると考えられる。

論文

Measurement of the electron density produced by the prepulse in an experiment of high energy proton beam generation

Jeong, T.*; Choi, I. W.*; Sung, J. H.*; Kim, H.*; Hong, K.*; Yu, T.*; Kim, J.-H.*; Noh, Y.*; Ko, D.-K.*; Lee, J.*; et al.

Journal of the Korean Physical Society, 50(1), p.34 - 39, 2007/01

高強度レーザーと物質との相互作用により、高エネルギー粒子(イオン,電子)やX線が生成される。ここで発生した高エネルギー粒子等は、さまざまな応用が提案されテーブルトップの量子ビーム源として注目されている。このような高強度レーザーと物質との相互作用の物理過程を調べるうえで、レーザーのプリパルスによって生成されるプリプラズマを評価しておく必要がある。実験は、チタンサファイアレーザーを集光用のポンプ光と計測用のプローブ光に分け、ポンプ光をタンタルターゲットに照射し、発生するプリプラズマをプローブ光の干渉計測によって測定した。干渉縞はバイプリズムを用いてレーザービームの波面を傾けることによって生成した。ポンプ光とプローブ光の時間差を調整することにより、メインパルス前でのプリプラズマの測定を行った。計測されたプリプラズマ条件は、高エネルギープロトン等の発生メカニズムの解析に有効な情報を与える。

論文

Development of laser driven proton sources and their applications

大道 博行; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; 森 道昭; Ma, J.-L.; Pirozhkov, A. S.; 桐山 博光; 金沢 修平; et al.

Proceedings of 7th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR 2007) (CD-ROM), p.77 - 79, 2007/00

10の$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$以上に集中させた高強度レーザーを用いて、陽子加速器を開発している。プラズマパラメータと陽子エネルギー範囲を、レーザー照射ごとにリアルタイム検出器を用いてモニターした。実用可能なMeV級の陽子エネルギーを安定して得ることに成功した。

論文

Intense femto-second laser-driven X-ray source coupled with multiple directional quantum beams for applications

大道 博行; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 織茂 聡; 西内 満美子; 余語 覚文; 森 道昭; Li, Z.*; 桐山 博光; 金沢 修平; et al.

X-Ray Lasers 2006; Springer Proceedings in Physics, Vol.115, p.595 - 605, 2007/00

現在、関西光科学研究所に設置されている超短パルス高強度レーザーを用いた量子ビーム発生実験を行っている。すなわちレーザーを厚さ数ミクロンの薄膜に照射することにより、プロトン,X線,テラヘルツ波,電子線が発生する。これらは時間同期がきちんととれており、時間幅も1ピコ秒以下であり、するどい指向性を有し輝度も高い。これらを組合せることにより、極めて新しいポンプ-プローブ計測等が可能になると考えられる。これら研究の現状と今後の方向について報告する。

論文

Development of a two-color interferometer for observing wide range electron density profiles with a femtosecond time resolution

匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 大道 博行; 福見 敦*; Li, Z.*; 小倉 浩一; 余語 覚文; 大石 祐嗣*; 名雪 琢弥*; 藤井 隆*; et al.

Applied Physics B, 84(3), p.415 - 419, 2006/09

 被引用回数:20 パーセンタイル:32.51(Optics)

高強度レーザーと薄膜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、テーブルトップの放射線源として注目されさまざまな応用が提案されている。ここでレーザーと薄膜との相互作用の物理過程を調べるうえで、レーザーのプリパルスによって生成されるプリフォームドプラズマを評価しておく必要がある。本研究では、高強度レーザーを金属ターゲットに照射した際のプリフォームドプラズマを測定するため、2波長干渉計の開発を行った。実験は、電力中央研究所設置のチタンサファイアレーザー(中心波長800nm,パルス幅65fs)を集光用のポンプ光と計測用のプローブ光に分け、ポンプ光を銅テープターゲットに照射し、発生するプリフォームドプラズマをプローブ光の干渉計測によって測定した。ポンプ光の集光強度は$$sim$$2$$times$$10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$であり、プローブ光は、基本波(800nm)と2倍高調波(400nm)の2波長を用いて計測を行った。二つの波長によって得られた電子密度分布を組合せることにより、これまでの単一波長による計測よりも広い密度領域の計測に成功した。この計測法は、メインパルスと薄膜との相互作用の解明に有用な方法である。

口頭

超短パルス高強度レーザー照射金属薄膜からのプロトン発生

匂坂 明人; 余語 覚文; 大道 博行; 福見 敦*; Li, Z.*; 小倉 浩一; 高井 満美子; 織茂 聡; 林 由紀雄; 森 道昭; et al.

no journal, , 

超短パルス高強度レーザーと物質との相互作用により発生する高エネルギーのX線,イオン,電子は、テーブルトップの放射線源として注目されている。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。レーザー励起の高エネルギーイオン発生を目的とし、プロトン発生の実験を行った。電力中央研究所設置のチタンサファイアレーザー(中心波長800nm,パルス幅55fs)を用いて、銅の薄膜ターゲットに照射した。集光強度は$$sim$$9$$times$$10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$であった。レーザー集光軸のターゲット位置に対するプロトン発生の最適化を行った。その結果、集光点よりも150$$mu$$mほどずれた位置でプロトンの最大エネルギーが$$sim$$1.5MeVに達した。得られた実験結果とその解析結果について報告する予定である。

口頭

高強度レーザー生成MeV陽子線とX線による同時イメージング

織茂 聡; 余語 覚文; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 森 道昭; Pirozhkov, A. S.; Li, Z.*; Ma, J.-L.; 大道 博行; 中村 衆*; et al.

no journal, , 

高強度レーザーを薄膜に照射して得られるレーザー駆動のイオン加速及びそれの利用研究を行っている。p偏光のレーザーを角度45度でCu薄膜テープターゲットに集光強度3$$times$$10$$^{18}$$Wcm$$^{-2}$$に集光した。最大2MeV以上の陽子線を発生し、そのエネルギーごとの空間広がりと伝搬特性をレンジフィルター付きのCR39を使って測定した。また陽子線とX線による同時イメージングのテストを行った。

口頭

高強度超短パルスレーザーによる高エネルギーイオン加速のオンラインエネルギー測定

余語 覚文; 小倉 浩一; 織茂 聡; 匂坂 明人; 高井 満美子; 森 道昭; Pirozhkov, A. S.; 大道 博行; 中村 衆*; 白井 敏之*; et al.

no journal, , 

集光強度が10$$^{18}$$ W/cm$$^2$$を超える高強度レーザーを薄膜ターゲットに照射すると、相対論的プラズマの生成によりX線や電子、及びMeV級のイオンが発生する。飛行時間(TOF)エネルギー分析装置を用いて、高速プロトンのオンラインエネルギー測定を行ったので報告する。実験は日本原子力研究開発機構,電力中央研究所及び韓国光州科学技術院(GIST)において行った。ここではGISTでの成果を報告する。中心波長800nm,パルス幅40-200fsの極短パルスレーザーをターゲット垂直方向に対し45$$^{circ}$$の方向からp偏光で薄膜ターゲットに照射した。集光強度は3-8$$times$$10$$^{18}$$ W/cm$$^2$$であった。ターゲット裏面の垂直方向にTOF分析装置を設置し、発生プロトンのエネルギースペクトルを測定したところ、プラトー状の高エネルギー成分やエネルギーカットオフが明確に測定された。プロトン発生条件の最適化により、エネルギー620mJ, パルス幅100fsのレーザーで最大エネルギー2.4MeVのプロトンを得た。本講演では、プロトン発生のレーザーパルス幅依存性及びショットごとのオンライン計測によるプリパルス強度依存性について報告する。

口頭

ポリイミドターゲットからの高強度フェムト秒レーザー駆動高フラックスMeV級陽子線

西内 満美子; 大道 博行; 余語 覚文; 織茂 聡; 小倉 浩一; Ma, J.-L.; 匂坂 明人; 森 道昭; Pirozhkov, A. S.; 桐山 博光; et al.

no journal, , 

50TW級高強度短パルスTi:Sapレーザーと厚さ7.5$$mu$$m, 12.5$$mu$$m, 25$$mu$$mの透明なポリイミド[(C16H6O4N2)n]ターゲットとの相互作用により、最高エネルギー4MeVの高フラックスな陽子線の発生を行った。エネルギー1.7J,パルス幅35fsのTi:Sapレーザー光をターゲット上に3$$times$$10$$^{19}$$Wcm$$^{-2}$$の強度で集光した。レーザーのメインパルス近傍でのメインパルスとバックグラウンドのコントラスト比は4$$times$$10$$^{-8}$$であった。レーザーから得られた陽子線へのエネルギー変換効率は$$sim$$3%に達した。この変換効率の値は、同レベルのレーザー($$sim$$数J級)を用い、ナノメートルの厚さの超薄膜ターゲットを用いて行った他の研究結果を超える値である。本報告では、超短パルスレーザのコントラスト比,ターゲットの厚さ,レーザーフォーカス条件に対するレーザーから陽子線への変換効率と最大エネルギーの依存性を示し、それぞれの最大化に向けた研究の方向を議論する。

口頭

Applications of the high intensity short-pulse laser driven $$sim$$ MeV proton beam

西内 満美子; 大東 出; 池上 将弘; 森 道昭; 織茂 聡; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 余語 覚文; Pirozhkov, A. S.; Ma, J.*; et al.

no journal, , 

既存加速器からの陽子線と比べ、高強度短Ti:Sapレーザー駆動陽子線は以下にあげるような特徴を持つ。10$$^{13}$$個もの陽子線が、ピコ秒のパルス幅を持ち発生されるため、結果として高ピーク電流となる。また、横エミッタンスが低いが、10度ほどの広がり角を持って伝搬する。エネルギー広がりは100%である。そのほかの特徴としては、レーザー駆動プラズマからは、陽子線に伴い、電子線,X線などが、同期して得られる。このような特徴を持つレーザー駆動陽子線に対して、いろいろな分野での応用の可能性が示唆されている。われわれは、レーザー駆動陽子線を実際に応用するための実験を行ってきている。例えば、サンプルの陽子線とX線、及び陽子線と電子線の同時イメージングを得ることに成功している。また、ある分野への応用を考えた場合、レーザー駆動陽子線の特徴は、そのままではなく最適化されることが必要である。たとえば、医療や工業分野での陽子線照射装置を考えた場合、レーザー駆動陽子線の広がり角は補正されることが望ましい。このための方法は、既に幾つか提示されている。われわれの考えている一つの方法は、永久磁石を使った四重極磁場によるレーザー駆動陽子線の集光及び平行化である。

口頭

薄膜ターゲットを用いた高エネルギー陽子とテラヘルツ波の発生

匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 大道 博行; 小倉 浩一; 織茂 聡; 余語 覚文; 大東 出; 西内 満美子; 森 道昭; 菜嶋 茂喜*; et al.

no journal, , 

超短パルス高強度レーザーと物質との相互作用により、高エネルギーのイオンや電子,X線,高次高調波,テラヘルツ(THz)波などが発生する。薄膜ターゲットを用いた高エネルギー粒子と電磁波の同時発生により、粒子単独で発生させた場合とは異なる利用研究が期待される。本研究では、プロトンとTHz波の同時発生を目的として実験を行った。韓国の光州科学技術院(GIST)設置のチタンサファイアレーザーを用いて、ポリイミドの薄膜ターゲット(厚さ7.5$$mu$$m)に照射した。レーザーの集光強度は、ビームウエストで$$sim$$1.5$$times$$10$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$であった。ビームウエスト位置に対してターゲット位置を変え、プロトンとTHz波の発生量を調べた。その結果、ターゲット位置に依存して、プロトンとTHz波の発生量が大きく変化することがわかった。講演では、得られた実験結果とその解析結果について報告する予定である。

口頭

レーザー駆動MeV級陽子線の実用化に向けた伝送; 四重極磁石による空間収束とエネルギースペクトルの準単色化

西内 満美子; 大東 出; 森 道昭; 織茂 聡; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 榊 泰直; 堀 利彦; 余語 覚文; Pirozhkov, A. S.; et al.

no journal, , 

われわれのこれまでの研究から、フェムト秒テラワットレーザーと固体ターゲットとの相互作用により、エネルギーMeV級の陽子線を安定に繰り返し1Hzで生成することに成功してきた。生成される陽子線は、既存加速器からのビームと比べて低エミッタンスで、個数が10$$^{13}$$個以上である。しかしながら、約10度もの非常に大きな発散性を持ち、エネルギースペクトルがブロードであるという、実用上問題となる特徴もある。本研究では、レーザー駆動陽子線の実用化に向けて、永久四重極磁石を用いたレーザー駆動陽子線の伝送を行い、空間的な収束・エネルギースペクトルの準単色化に成功した。陽子線の収束点における空間分布、及びスペクトルの準単色化の様子は、空間電荷効果を無視したモンテカルロシミュレーションにより十分再現することがわかった。

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