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論文

Towards a novel laser-driven method of exotic nuclei extraction-acceleration for fundamental physics and technology

西内 満美子*; 榊 泰直*; Esirkepov, T. Zh.*; 西尾 勝久; Pikuz, T. A.*; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Orlandi, R.; Pirozhkov, A. S.*; 匂坂 明人*; et al.

Plasma Physics Reports, 42(4), p.327 - 337, 2016/04

 被引用回数:5 パーセンタイル:42.53(Physics, Fluids & Plasmas)

ペタワットレーザーと原子核物理学の技術を組み合わせることで、エキゾチック原子核の性質の測定を決定的に可能にする。数値シミュレーションとレーザー駆動実験により、我々は論文、西内等、Phys. Plasmas 22, 033107 (2015)で提案された「レーザー駆動エキゾチック核抽出-加速法」の展望について紹介する。この方法の特徴は、(1)フェムト秒ペタワットレーザーを、外部イオンビームによって破砕された原子核標的に照射し、(2)そして生成された短寿命の重エキゾチック原子核を数GeVの多価電荷としてまとめて一気に加速する、という画期的な方法である。

論文

Acceleration of highly charged GeV Fe ions from a low-Z substrate by intense femtosecond laser

西内 満美子; 榊 泰直; Esirkepov, T. Z.; 西尾 勝久; Pikuz, T.*; Faenov, A.*; Skobelev, I. Yu.*; Orlandi, R.; 佐甲 博之; Pirozhkov, A. S.; et al.

Physics of Plasmas, 22(3), p.033107_1 - 033107_8, 2015/03

 被引用回数:38 パーセンタイル:1.6(Physics, Fluids & Plasmas)

200TWの超高強度レーザーパルスをミクロンメートルのアルミの薄膜に鉄の不純物を混ぜたターゲットに照射することで、ほぼフルストリップに近い鉄のイオンが0.9GeVで加速された。低エミッタンスで、重いイオンのビームが高いQ/Mで得られることは、いろいろな分野への応用が考えられ、例えば、既存加速器技術との融合によってコンパクトなRIイオン源の開発が考えられる。

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:81.48(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

CR-39を用いたレーザー駆動陽子線計測における光中性子起因エッチピットの弁別手法の開発

金崎 真聡; 福田 祐仁; 近藤 公伯; 小田 啓二*; 山内 知也*

レーザー研究, 42(2), p.168 - 173, 2014/02

水素を背景ガスとするクラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速実験では、高エネルギー陽子線の発生とともに、最大で200MeV程度の電子線が発生している。このような高エネルギー電子線は、制動放射によりエネルギーの高い光子を放出し、さらに光子は光核反応により中性子を放出する。イオン検出器として用いているCR-39は、中性子が入射した場合に内部の水素原子が反跳されることで間接的に陽子線と同等のエッチピットが形成される。すなわち発生する光中性子がイオン計測のノイズになるという問題が生じている。この問題を解決するため、入射角度に関連するエッチピット開口部形状、及び、入射エネルギーに関連するエッチピット開口径とグレースケール(開口部中心の濃淡)、を組み合わせた新たな解析手法を開発し、レーザーで加速された本来の陽子線由来のエッチピットと光中性子由来のエッチピットを弁別した。

論文

Spin state of Co$$^{3+} $$ in LaCo$$_{1-x}$$ Rh$$_{x}$$O$$_{3}$$ investigated by structural phenomena

浅井 晋一郎*; 岡崎 竜二*; 寺崎 一郎*; 安井 幸夫*; 小林 航*; 中尾 朗子*; 小林 賢介*; 熊井 玲児*; 中尾 裕則*; 村上 洋一*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 82(11), p.114606_1 - 114606_6, 2013/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:46.59(Physics, Multidisciplinary)

LaCo$$_{1-x}$$ Rh$$_{x}$$O$$_{3}$$について中性子および放射光X線回折実験を行い、Co$$^{3+}$$イオンのスピン状態と結晶構造との関連を調べた。10KにおけるLaCo$$_{0.8}$$Rh$$_{0.2}$$O$$_{3}$$では、Co(Rh)O$$_{6}$$八面体のCo(Rh)-O間距離は理論値と一致し、格子体積は温度低下によって減少した。また、この格子体積の減少に伴って高スピン状態の比率は減少した。これらの結果から、Co$$^{3+}$$イオンのスピン状態は高スピン状態と低スピン状態が混在したものであり、高スピン状態は、Rh$$^{3+}$$イオンの置換によって生じたピン止め効果に加え熱励起によって発現することがわかった。

論文

Generation of 50-MeV/u He ions in laser-driven ion acceleration with cluster-gas targets

福田 祐仁; 榊 泰直; 金崎 真聡; 余語 覚文; 神野 智史; 反保 元伸*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T. A.*; 林 由紀雄; 神門 正城; et al.

Proceedings of SPIE, Vol.8779 (Internet), p.87790F_1 - 87790F_7, 2013/05

 パーセンタイル:100

後方散乱を利用することで、CR-39の検出限界を超える高エネルギーイオンを検出可能な新しいイオンビーム診断法を開発したこの新しいビーム診断法と磁場型エネルギー分析装置とを組合せて、クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速実験に適用し、核子あたり50MeV/uにまで加速されたヘリウムイオンビーム生成を確認した。

論文

Identification of high energy ions using backscattered particles in laser-driven ion acceleration with cluster-gas targets

福田 祐仁; 榊 泰直; 金崎 真聡; 余語 覚文; 神野 智史; 反保 元伸; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.; 林 由紀雄; 神門 正城; et al.

Radiation Measurements, 50, p.92 - 96, 2013/03

 被引用回数:10 パーセンタイル:22.62(Nuclear Science & Technology)

プラスチック板上に設置した1枚のCR-39を用いて、CR-39の検出限界を超える高エネルギーイオンを検出可能な新しいイオンビーム診断法を開発した。サイクロトロン加速器で生成させた核子あたり25MeVのヘリウムイオンビームを用いて、このビーム診断法の原理検証実験を行った。その結果、CR-39の裏面に多数の楕円形のエッチピットが観測された。詳しい解析の結果、このエッチピットは、入射ヘリウムイオンがプラスチック板中で非弾性散乱して生成した重イオンによって形成されることが示唆された。この新しいビーム診断法を、クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速実験に適用し、核子あたり50MeVにまで加速されたイオンを同定した。

論文

A High energy component of the intense laser-accelerated proton beams detected by stacked CR-39

金崎 真聡; 服部 篤人; 榊 泰直; 福田 祐仁; 余語 覚文; 神野 智史; 西内 満美子; 小倉 浩一; 近藤 公伯; 小田 啓二*; et al.

Radiation Measurements, 50, p.46 - 49, 2013/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:39.84(Nuclear Science & Technology)

スタックしたCR-39飛跡検出器を用いてレーザー駆動陽子線の高精度計測を行った。8J, 40fsのチタンサファイヤレーザーをポリイミドフィルムに集光し、陽子線を発生させた。サンプルはラジオクロミックフィルムとCR-39のスタックを厚さ13$$mu$$mのアルミニウムフィルターで覆ったものを使用し、真空中で陽子線の照射を行った。エッチピットを確認することができた最も後方に位置するCR-39のエッチピットを解析することで、高エネルギー成分の陽子のエネルギーをこれまでよりも高精度に求めた。CR-39中の残余飛程は、多段階エッチング法によるエッチピットの成長曲線を利用して算出し、そこから、発生した陽子の最大エネルギーは14.39$$pm$$0.05MeVと求められた。この手法を用いれば、数十MeV級のレーザー駆動陽子線の最大エネルギーを10keVのオーダーまで高精度に求めることが可能である。

論文

Tritium absorption of co-deposited carbon films

信太 祐二*; 山内 有二*; 日野 友明*; 赤丸 悟士*; 波多野 雄治*; 松山 政夫*; 鈴木 哲; 秋場 真人

Fusion Engineering and Design, 87(7-8), p.1070 - 1073, 2012/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:74.11(Nuclear Science & Technology)

Co-deposited carbon film with different deuterium concentration, D/C, were exposed to tritium gas at the temperature of 423 K, and then the atomic ratio of absorbed tritium to carbon, T/C, was evaluated. The obtained data were discussed with crystal structure of the carbon film. The T/C increased with decreasing D/C of carbon film. The carbon film with low D/C had more defective structure. The reduction of D/C by the heating before tritium exposure led to the increase of absorption amount. These results suggest that carbon film with more defective structure and low D/C film could absorb large amount of tritium. The hydrogen isotope concentration in the present experiment was saturated below the orders of 10$$^{-4}$$, which was 3-4 orders of magnitude smaller than that of co-deposited carbon film with hydrogen isotope.

論文

A Diagnosis of intense ion beam by CR-39 detectors analyzing the back scattered particles

金崎 真聡; 山内 知也*; 福田 祐仁; 榊 泰直; 堀 利彦*; 反保 元伸; 倉島 俊; 神谷 富裕; 小田 啓二*; 近藤 公伯

AIP Conference Proceedings 1465, p.142 - 147, 2012/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:43.3

電子線やX線などが混在する複雑な放射線場において、イオンビーム診断は新しい分析手法を要請している。特に、ビームが高強度パルスとして生じる場合には適用可能な検出器は限られる。レーザー駆動粒子線加速はそのような典型例であり、CR-39固体飛跡検出器にはイオンのみを選択的に検出する能力がある。本研究では、適切な散乱体の上においたCR-39の裏面に形成されるエッチピットを用いて、CR-39の検出閾値を超える数十MeVの高エネルギーイオンビームの診断が可能であることを明らかにした。

論文

The Diagnosis method for high-energy ion beams using backscattered particles for laser-driven ion acceleration experiments

金崎 真聡; 福田 祐仁; 榊 泰直; 堀 利彦; 反保 元伸; 近藤 公伯; 倉島 俊; 神谷 富裕; 小田 啓二*; 山内 知也*

Japanese Journal of Applied Physics, 51(5), p.056401_1 - 056401_4, 2012/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:69.24(Physics, Applied)

プラスチック製プレートの上にマウントしたCR-39に100MeVのイオンビームを照射した。イオンビームのエネルギーは、CR-39の検出閾値を超える値であったが、CR-39の裏面に多数の楕円形のピットが観測された。詳細な解析の結果、これら楕円形のピットは、プラスチックプレートから後方散乱された粒子によって形成されたことが明らかになった。この手法は、レーザー駆動イオン加速実験のような混成場において、イオンビーム形状決定、及びCR-39の検出閾値を超えるエネルギー成分の測定を簡便に行うことが可能である。

論文

イオンビーム特性評価を目的とした固体飛跡検出器CR-39の利用

金崎 真聡; 福田 祐仁; 榊 泰直; 西内 満美子; 近藤 公伯; 倉島 俊; 神谷 富裕; 服部 篤人*; 小田 啓二*; 山内 知也*

プラズマ・核融合学会誌, 88(5), p.261 - 275, 2012/05

固体飛跡検出器として用いられているCR-39は、光学材料として開発されたプラスチック素材で、大気中のラドン濃度計測や、宇宙線計測,生物細胞照射実験などさまざまな分野に利用されている。レーザープラズマのような電子線やX線が混在する場においても、イオンのみを選択的に検出し、またその精度が非常に高いことから、混成場におけるイオン検出器として注目を集めている。CR-39には、イオンビーム特性(エネルギー同定,核種同定など)に関する情報を引き出すために、さまざまな検出法や解析手法が存在する。しかし、それら手法のほとんどは、プラズマ研究者に広く知られていないのが現状である。本講座では、ここ数年間の原子力機構と神戸大学大学院海事科学研究科の共同研究の成果を中心に、CR-39を用いたレーザー駆動イオンビームの特性評価に関する解説を行う。

論文

Quasi-monochromatic pencil beam of laser-driven protons generated using a conical cavity target holder

西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 榊 泰直; 小倉 浩一; Esirkepov, T. Z.; 谷本 壮; 金崎 真聡; 余語 覚文; 堀 利彦; 匂坂 明人; et al.

Physics of Plasmas, 19(3), p.030706_1 - 030706_4, 2012/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:63.68(Physics, Fluids & Plasmas)

2J 60fsのチタンサファイアレーザー光を、コニカル形状を持ったターゲットホルダに装着したターゲットに照射することによって、7MeVのコリメートされた陽子線($$10^6$$個/spot)を生成することに成功した。ターゲットホルダ上に陽子に前駆して発生する電子によって生成される電場が陽子線の軌道を変え、エネルギー選択をも行うと考えられる。

論文

クラスターターゲットを用いた革新的レーザー駆動イオン加速研究における固体飛跡検出器CR-39の利用

福田 祐仁; 反保 元伸; 榊 泰直; 近藤 公伯; 金崎 真聡; 山内 知也*

放射線, 37(3), p.169 - 172, 2011/10

レーザーイオン加速実験では、発生するイオンのエネルギーは核子あたり数$$sim$$数十MeV/nの広い範囲にショットごとにランダムに分布する。さらに、イオンのみならず、高エネルギー電子線,X線や$$gamma$$線、及び、これらに付随する電磁ノイズも発生する。したがって、イオンの最大エネルギー,イオン種,イオン個数を同定し、イオン発生の最適条件を探索するのは容易ではない。このような状況の中で、固体飛跡検出器CR-39は、レーザー駆動イオン加速のような複雑な混成場において、イオンのみを選択的に検出できるツールとして、「レーザー加速器」開発において、最も信頼できるイオン検出器となっている。本論文では、これまでに原子力機構関西光科学研究所で行ってきたレーザー駆動型のイオン加速実験とそこでのCR-39によるイオンビーム診断について解説する。

論文

PADC飛跡検出器を用いた後方散乱粒子による高強度イオンビーム特性簡易診断法

金崎 真聡; 山内 知也*; 福田 祐仁; 榊 泰直; 堀 利彦*; 反保 元伸; 近藤 公伯; 倉島 俊; 神谷 富裕

放射線, 37(3), p.127 - 132, 2011/10

PADC飛跡検出器を用いた後方散乱粒子による高強度高エネルギーイオンビーム診断法を開発した。PADC検出器では検出不可能な100MeVのHeイオンを適切な散乱体の上に置いたPADCフィルムに照射した。解析を行ったところ、PADCの散乱体に接している面に形成されたエッチピットが、後方散乱による粒子が形成したものであると確認された。レーザー駆動粒子線実験のような電子線やX線などが混在する複雑な放射線場における幅広いエネルギーレンジに対応したイオンビーム診断を後方散乱粒子を利用することで可能にした。

論文

Deuterium concentration of co-deposited carbon layer produced at gap of wall tiles

信太 祐二*; 横山 堅二; 金澤 潤*; 山内 有二*; 日野 友明*; 鈴木 哲; 江里 幸一郎; 榎枝 幹男; 秋場 真人

Journal of Nuclear Materials, 417(1-3), p.607 - 611, 2011/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.97(Materials Science, Multidisciplinary)

Tritium retention of a carbon layer deposited in the gap of plasma-facing materials is a primary concern for next step fusion devices. In this study, deuterium concentration and carbon deposition profile in a gap were investigated for carbon layers prepared by using deuterium arc discharge with carbon electrodes. The deuterium retention was measured with thermal desorption spectroscopy (TDS). The discharge pressure was varied from 0.8 to 36 Pa. The amount of deposited carbon into the gap decreased exponentially with the increase of the depth. The atomic ratios of D/C of the carbon layers prepared at 0.8 and 36 Pa were approximately 0.1 and 1.0, respectively. For the carbon layer prepared at 0.8 Pa, most of retained deuterium was released in the form of D$$_{2}$$ and HD. On the other hand, at 36 Pa, approximately a half of retained deuterium was desorbed in the form of hydrocarbon, CD$$_{4}$$ and C$$_{2}$$D$$_{4}$$.

論文

Deuterium ion irradiation for tritium breeding material and evaluation for tritium inventories in test blanket module and blanket of a demonstration reactor

日野 友明*; 柴田 博信*; 山内 有二*; 信太 祐二*; 鈴木 哲; 秋場 真人

Journal of Nuclear Materials, 417(1-3), p.713 - 717, 2011/10

 被引用回数:6 パーセンタイル:44.68(Materials Science, Multidisciplinary)

The tritium produced in a tritium breeder of blanket has to be recovered under the temperature distribution to reduce the tritium inventory. Lithium titanate pebbles were irradiated by deuterium ions with different temperatures and ion fluences. The deuterium retained in the pebbles desorbed in forms of HD, D$$_{2}$$, HDO and D$$_{2}$$O. The amount of retained deuterium decreased for the temperature higher than 473 K, and became to zero for the temperature higher than 773 K. If the temperature range is taken from 573 to 1173 K in the solid breeder TBM, the tritium inventory is lower than 1 gram. However, in the demonstration reactor, the total tritium inventory of blankets becomes a few kilograms. For the reduction of the tritium inventory, the region with the low temperature region has to be significantly reduced.

論文

Deuterium retention in F82H after low energy hydrogen ion irradiation

伊藤 達哉*; 山内 有二*; 日野 友明*; 柴山 環樹*; 信太 祐二*; 江里 幸一郎; 鈴木 哲; 秋場 真人

Journal of Nuclear Materials, 417(1-3), p.1147 - 1149, 2011/10

 被引用回数:10 パーセンタイル:27.41(Materials Science, Multidisciplinary)

The influence of 50 eV hydrogen ion irradiation on the deuterium retention and desorption behavior in the reduced activation ferritic-martensitic steel F82H was investigated by thermal desorption spectroscopy. The amount of retained deuterium in the hydrogen irradiated F82H was up to 10 times larger than without the hydrogen irradiation. In the F82H irradiated by the low energy hydrogen ions at 300 and 523 K, the desorption peak of deuterium was shifted to lower temperatures than for samples unirradiated or irradiated at 773 K. In the F82H irradiated by hydrogen at 773 K, the amount of retained deuterium decreased compared to materials irradiated at 300 or 523 K.

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

Energy increase in multi-MeV ion acceleration in the interaction of a short pulse laser with a cluster-gas target

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

Physical Review Letters, 103(16), p.165002_1 - 165002_4, 2009/10

 被引用回数:123 パーセンタイル:3(Physics, Multidisciplinary)

小型極短パルスレーザーとクラスターターゲットを用いた新しいイオン加速手法を提案する。この手法では、従来手法よりも小さな発散角(3.4$$^{circ}$$)で、イオンの加速エネルギー10$$sim$$20MeV/uを達成した。この加速エネルギーは、固体ターゲットを用いた従来手法の約10倍増に相当する。粒子コードによるシミュレーションにより、クラスターターゲット裏面の臨界密度プラズマ中で成長する強力な電磁場構造が、高エネルギーイオン発生に重要な役割を果たしていることが示唆されている。

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