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論文

New precise measurement of muonium hyperfine structure interval at J-PARC

上野 恭裕*; 青木 正治*; 深尾 祥紀*; 東 芳隆*; 樋口 嵩*; 飯沼 裕美*; 池戸 豊*; 石田 啓一*; 伊藤 孝; 岩崎 雅彦*; et al.

Hyperfine Interactions, 238(1), p.14_1 - 14_6, 2017/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:17.79

MuSEUM is an international collaboration aiming at a new precise measurement of the muonium hyperfine structure at J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex). Utilizing its intense pulsed muon beam, we expect a ten-fold improvement for both measurements at high magnetic field and zero magnetic field. We have developed a sophisticated monitoring system, including a beam profile monitor to measure the 3D distribution of muonium atoms to suppress the systematic uncertainty.

論文

New muonium HFS measurements at J-PARC/MUSE

Strasser, P.*; 青木 正治*; 深尾 祥紀*; 東 芳隆*; 樋口 嵩*; 飯沼 裕美*; 池戸 豊*; 石田 啓一*; 伊藤 孝; 岩崎 雅彦*; et al.

Hyperfine Interactions, 237(1), p.124_1 - 124_9, 2016/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:10.17

At the Muon Science Facility (MUSE) of J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex), the MuSEUM collaboration is planning new measurements of the ground state hyperfine structure (HFS) of muonium both at zero field and at high magnetic field. The previous measurements were performed both at LAMPF (Los Alamos Meson Physics Facility) with experimental uncertainties mostly dominated by statistical errors. The new high intensity muon beam that will soon be available at MUSE H-Line will provide an opportunity to improve the precision of these measurements by one order of magnitude. An overview of the different aspects of these new muonium HFS measurements, the current status of the preparation, and the results of a first commissioning test experiment at zero field are presented.

論文

High order harmonics from relativistic electron spikes

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Faenov, A. Y.*; Pikuz, T. A.*; 河内 哲哉; 匂坂 明人; Koga, J. K.; 森 道昭; 川瀬 啓悟*; et al.

RAL-TR-2015-025, P. 22, 2015/00

We provide a description of experiments performed with the J-KAREN and Astra Gemini lasers where we discovered a new regime of relativistic high-order harmonic generation by multi-terawatt femtosecond lasers in gas targets. The results were explained using particle-in-cell simulations and catastrophe theory. Our work paves the way towards a bright coherent X-ray source based on compact lasers and accessible, repetitive, and debris-free gas jet targets. Such a source will be crucial for fundamental research and numerous applications requiring pumping, probing, imaging of microscopic objects and for attosecond science.

論文

High order harmonics from relativistic electron spikes

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T. A.*; 河内 哲哉; 匂坂 明人; et al.

New Journal of Physics (Internet), 16(9), p.093003_1 - 093003_30, 2014/09

 被引用回数:15 パーセンタイル:21.56(Physics, Multidisciplinary)

We present a detailed description of our discovery of a new regime of high-order harmonic generation, including experimental data, simulations, and description of new harmonic generation mechanism. The harmonics are generated by multi-terawatt relativistic-irradiance ($$>$$ 10$$^{18}$$ W/cm$$^2$$) femtosecond ($$approx$$ 30-50 fs) lasers focused to gas jet targets. According to our model, the harmonics are produced by sharp, structurally stable, oscillating electron spikes at the joint of boundaries of wake and bow waves excited by the laser pulse.

論文

Online full two-dimensional imaging of pulsed muon beams at J-PARC MUSE using a gated image intensifier

伊藤 孝; 豊田 晃久*; 髭本 亘; 田島 美典*; 松田 恭幸*; 下村 浩一郎*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 754, p.1 - 9, 2014/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.53(Instruments & Instrumentation)

A new muon beam profile monitor (MBPM) was developed to diagnose pulsed muon beams in J-PARC MUSE, mainly composed of a scintillation screen, a gated image intensifier (II), and a cooled CCD camera. The MBPM was designed to be compact so that it could be inserted into the bore of the $$mu$$SR spectrometer in the D1 area and used concurrently. The spatial resolution of the MBPM was evaluated to be in the range from one to two line-pair/mm, depending on II gain. Such high-resolution muon beam profiles were obtained online for a positive muon beam with a kinetic energy of $$sim$$ 4 MeV. The contribution from decay positrons was significantly reduced owing to II gating. The linearity of the MBPM was evaluated on the bases of the number of decay positrons monitored by the $$mu$$SR spectrometer. A linear response within five percent deviations was confirmed over more than two orders of magnitude. In addition, 3D imaging capability, use in vacuum, and immunity against moderate magnetic fields were demonstrated.

論文

Temporal contrast enhancement of petawatt-class laser pulses

桐山 博光; 下村 拓也; 笹尾 一; 中井 善基*; 田上 学; 近藤 修司; 金沢 修平; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 福田 祐仁; et al.

Optics Letters, 37(16), p.3363 - 3365, 2012/08

 被引用回数:29 パーセンタイル:11.89(Optics)

原子力機構で開発を進めているペタワット(PW)級チタンサファイアチャープパルス増幅レーザーシステム(J-KARENレーザーシステム)の高度化として、時間コントラストの向上を行った。J-KARENレーザーの前置増幅器である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、かつOPCPAの直後に可飽和吸収体を用いることにより、70テラワット(TW)の出力レベルにおいて、サブナノ秒の時間領域で1.4$$times$$10$$^{12}$$の高いコントラストを実証した。また、メインパルス近傍のピコ秒領域のコントラストを向上するため、音響光学分散フィルターでスペクトルノイズを除去することにより、約2桁の改善を実証した。この高品質のレーザー光をさらに増幅し、圧縮前で28Jまでの増幅を実現した。本システムにより、再圧縮することにより、約600TW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。

論文

Relativistic high harmonic generation in gas jet targets

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.; 河内 哲哉; 匂坂 明人; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.167 - 171, 2012/07

 パーセンタイル:100

We experimentally demonstrate new regime of high-order harmonic generation by relativistic-irradiance lasers in gas jet targets. Bright harmonics with both the odd and even orders are emitted in the forward direction, while the base harmonic frequency is downshifted. The harmonics are generated by linearly as well as circularly polarized pulses. With the 9 TW laser, the harmonics reach 360 eV, within the "water window" spectral region. Using 120 TW laser producing 40 uJ/sr per harmonic at 120 eV, we demonstrate the photon number scalability. The experimentally demonstrated harmonics cannot be explained by previously known mechanisms. We introduce a novel high-order harmonics generation mechanism, which explains our experimental findings.

論文

High-order harmonics from bow wave caustics driven by a high-intensity laser

Esirkepov, T. Z.; Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A.*; Pikuz, T.; 河内 哲哉; 匂坂 明人; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.172 - 180, 2012/07

 パーセンタイル:100

最近の実験で観測されたテラワットレーザーによるXUV領域の高次高調波の発生のメカニズムに関し、カタストロフィー理論を利用した船首波によるメカニズムを考案し、2DPIC計算と3DPIC計算によりその妥当性を確認した。これにより、この高次高調波生成メカニズムに基づいた、新しいXUV光及びX線源を提案した。

論文

Soft-X-ray harmonic comb from relativistic electron spikes

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.; 河内 哲哉; 匂坂 明人; et al.

Physical Review Letters, 108(13), p.135004_1 - 135004_5, 2012/03

 被引用回数:47 パーセンタイル:8.78(Physics, Multidisciplinary)

マルチテラワットレーザーをガスジェットターゲットに集光照射することにより「水の窓」に達する高次高調波発生を実験で示すことに成功した。数百次に達する高次高調波の強さは$$mu$$J/srパルスと評価できる。このような高調波は、高強度レーザーパルスが低密度プラズマ中を相対論的な自己収束を伴って伝搬する際に、パルスによって励起される尖塔波とキャビテーションの境界の交差点で発生する電子スパイクのコヒーレント振動により生じる。このときのスパイクの先鋭さと安定度はカタスロトフ理論により説明される。発生機構はPICシミュレーションによっても確認された。

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

Ion acceleration in subcritical density plasma via interaction of intense laser pulse with cluster-gas target

福田 祐仁; Faenov, A.*; 反保 元伸; Pikuz, T.*; 中村 龍史; 神門 正城; 林 由紀雄; 余語 覚文; 榊 泰直; 亀島 敬*; et al.

Progress in Ultrafast Intense Laser Science VII, p.225 - 240, 2011/05

本研究では、サブ臨界密度プラズマを生成させるために、世界に先駆けて、クラスターを含むガスターゲットをイオン加速研究に導入し、核子あたりの最大エネルギーが10$$sim$$20MeV/nという、従来の同規模クラスのレーザー装置を用いた場合の約10倍の加速エネルギーを得ることに成功した。クラスターターゲットは、連続供給が可能であるうえに、この手法により生成したイオンの発散角は、従来手法よりも小さく、医療利用へ向けたビーム伝送・照射系の設計にも適していることが明らかとなった。

論文

高コントラスト・高ビーム品質・高強度レーザーの開発

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。

論文

High temporal and spatial quality petawatt-class Ti:sapphire chirped-pulse amplification laser system

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:79 パーセンタイル:2.85(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、30$$mu$$J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$$times$$10$$^{-11}$$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。

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:34 パーセンタイル:12.77(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。

口頭

高コントラスト,高品質ビーム,PW級J-KARENレーザー

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$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$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。

口頭

High harmonic generation in underdense relativistic plasma

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Ragozin, E. N.*; Faenov, A. Y.; Pikuz, T. A.*; 河内 哲哉; 匂坂 明人; 森 道昭; 川瀬 啓悟; et al.

no journal, , 

9TWレーザーとヘリウムガスジェットとの相対論的強度での相互作用による高次高調波生成の実験結果について報告する。われわれは、奇数次及び偶数次の高次高調波を波長7nm(100次以上)まで、次数分解できない領域では4nm(200次以上)まで観測した。この結果は、新しい高次高調波の発生機構によるものと考えられ、レーザープラズマの新しい観測手段と成り得る。さらに、新しいコヒーレントX線源としても期待できる。

口頭

Demonstration of a temporally and spatially high quality petawatt-lass 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; 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。

口頭

The Integrated laser-driven ion accelerator system; Concept and requirements for laser-driven ion beam radiotherapy

Bolton, P.; 阿部 光幸*; 赤城 卓*; Nuesslin, F.*; 堀 利彦; 岩下 芳久*; 河西 俊一; 近藤 公伯; 前田 拓也; Molls, M.*; et al.

no journal, , 

The rapid advancement of high power laser technology combined with laser-accelerated ion yields from intense laser-plasma interactions sustains a strong interest in the development of integrated laser-driven ion accelerator systems (ILDIAS) that can be used for laser-driven ion beam radiotherapy (L-IBRT). A prime motivation is the promise of significantly reduced size and cost that would afford much greater patient access. Bunch duration of several nanoseconds and high peak current (with a low duty factor) make laser-driven ion irradiation unique. En route to a compact laser-driven "clinical" radiotherapeutic facility it is essential to develop multipurpose "preclinical" or test beamlines that can be used for (1) testing suitable transport optics, diagnostics and control instrumentation, (2) medical and radiobiological studies at the cellular level and in tissue to validate the radiobiological effectiveness of laser-driven ion beam radiotherapy and (3) applications to nonmedical science and technology. Preclinical and clinical beamline development calls for delivering proton energies near 50 MeV and at least 80 MeV respectively with beam energy spread and dose accuracy at one to few percent levels. Control instrumentation and diagnostics capable of single bunch resolution at required repetition rates will be essential to verify and optimize ILDIAS machine performance and capability. In the context of L-IBRT we will discuss the ILDIAS concept as well as beam delivery and instrumentation requirements.

口頭

Demonstration of a high spatiotempral-quality petawatt-class Ti:sapphire CPA 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; 金沢 修平; et al.

no journal, , 

フロントエンドとして高エネルギー・高コントラストシード光を用いて低利得で動作させた光パラメトリックチャープパルス増幅器を独自に設計・試作し、PW級のレーザーシステムに実際に導入することで、10$$^{-11}$$オーダーの高いコントラスト動作を実証した。また、主パルス近傍のコントラストを劣化させる原因として、(1)ASE,(2)パラメトリック蛍光,(3)高次の位相歪み,(4)ランダム位相ノイズ,(5)OPCPAについて考察し、得られた実験データと理論計算との比較・評価を行った。これらより劣化の原因は、ランダム位相ノイズ、及びOPCPAノイズが複合しておきたものと考えられ、軽減するためには周波数依存で空間的に位相ノイズが存在し、しかもレーザーショット事のふらつき等を考えるとレーザー自身の制御だけでは難しく、パルス圧縮後にプラズマミラーの利用等が必要となることが明らかとなった。

口頭

High-spetiotemporal-quality OPCPA/Ti:sapphire petawatt-class laser system

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。

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