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論文

Laser-driven neutron generation realizing single-shot resonance spectroscopy

余語 覚文*; Lan, Z.*; 有川 安信*; 安部 勇輝*; Mirfayzi, S. R.*; Wei, T.*; 森 隆人*; Golovin, D.*; 早川 岳人*; 岩田 夏弥*; et al.

Physical Review X, 13(1), p.011011_1 - 011011_12, 2023/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:92.4(Physics, Multidisciplinary)

Neutrons are powerful tools for investigating the structure and properties of materials used in science and technology. Recently, laser-driven neutron sources (LDNS) have attracted the attention of different communities, from science to industry, in a variety of applications, including radiography, spectroscopy, security, and medicine. However, the laser-driven ion acceleration mechanism for neutron generation and for establishing the scaling law on the neutron yield is essential to improve the feasibility of LDNS. In this paper, we report the mechanism that accelerates ions with spectra suitable for neutron generation. We show that the neutron yield increases with the fourth power of the laser intensity, resulting in the neutron generation of $$3times10^{11}$$ in $$4pi$$ at a maximum, with $$1.1times10^{19}$$ Wcm$$^{-2}$$, 900 J, 1.5 ps lasers. By installing a "hand-size" moderator, which is specially designed for the LDNS, it is demonstrated that the efficient generation of epithermal (0.1-100 eV) neutrons enables the single-shot analysis of composite materials by neutron resonance transmission analysis (NRTA). We achieve the energy resolution of 2.3% for 5.19-eV neutrons 1.8 m downstream of the LDNS. This leads to the analysis of elements and isotopes within sub-$$mu$$s times and allows for high-speed nondestructive inspection.

論文

レーザー加速器駆動の中性子源を用いた中性子共鳴透過分析法の開発

伊藤 史哲*; Lee, J.; 弘中 浩太; 小泉 光生; 余語 覚文*

Proceedings of 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.137 - 140, 2023/01

中性子共鳴透過分析(NRTA)は、パルス中性子を計量したい核物質に照射し、飛行時間(TOF)法を用いて測定核物質を非破壊測定する手法であるが、小型・高精度化には短パルスな小型中性子源が必要となる。近年発展著しいレーザー技術を用いたレー ザー駆動中性子源(LDNS)は、そのような中性子源として将来を期待されている。そこで我々はLDNSを用いたNRTAの技術開発を行い、実証実験を行った。その結果について報告する。

論文

レーザー駆動中性子源を用いた中性子共鳴透過分析システムの実証

弘中 浩太; 伊藤 史哲*; Lee, J.; 小泉 光生; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 余語 覚文*; 有川 安信*; 安部 勇輝*

第42回日本核物質管理学会年次大会会議論文集(インターネット), 4 Pages, 2021/11

中性子共鳴透過分析(NRTA)はパルス中性子源を用いてTOF測定を行うことで核物質を非破壊測定する手法であるが、小型・高精度化には短パルスな小型中性子源が必要となる。近年発展著しいレーザー技術を用いたレーザー駆動中性子源(LDNS)は、そのような中性子源として将来を期待されている。我々はLDNSを用いたNRTAの実現可能性を調べるため、大阪大学LFEXレーザーを用いて中性子TOF測定実験を行った。

論文

Ion acceleration via "nonlinear vacuum heating" by the laser pulse obliquely incident on a thin foil target

余語 覚文*; Bulanov, S. V.; 森 道昭; 小倉 浩一; Esirkepov, T. Z.; Pirozhkov, A. S.; 金崎 真聡*; 榊 泰直; 福田 祐仁; Bolton, P.; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 58(2), p.025003_1 - 025003_7, 2016/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:42.64(Physics, Fluids & Plasmas)

The dependence of the energy of ions accelerated during the interaction of the laser pulse obliquely incident on the thin foil target on the laser polarization is studied experimentally and theoretically. We found that the ion energy being maximal for the p-polarization drastically decreases when the pulse becomes s-polarized. The experimentally found dependencies of the ion energy are explained by invoking anomalous electron heating, which results in high electrostatic potential formation at the target surface.

論文

Stochastic regimes in the driven oscillator with a step-like nonlinearity

Bulanov, S. V.; 余語 覚文*; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; Bulanov, S. S.*; 近藤 公伯; 神門 正城

Physics of Plasmas, 22(6), p.063108_1 - 063108_11, 2015/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:33.46(Physics, Fluids & Plasmas)

A nonlinear oscillator with an abruptly inhomogeneous restoring force driven by an uniform oscillating force exhibits stochastic properties under specific resonance conditions. This behaviorelucidates the elementary mechanism of the electron energization in the strong electromagnetic waveinteraction with thin targets.

論文

Projection imaging with directional electron and proton beams emitted from an ultrashort intense laser-driven thin foil target

西内 満美子; Choi, I. W.*; 大道 博行; 中村 龍史*; Pirozhkov, A. S.; 余語 覚文*; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 織茂 聡; 大東 出*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 57(2), p.025001_1 - 025001_9, 2015/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:9.16(Physics, Fluids & Plasmas)

超高強度レーザーと薄膜との相互作用によって発生する電子ビームと陽子ビームによる同時イメージングを行った。20ミクロンメートルの電子源及び10ミクロンメートルの陽子源からの電子、及び陽子線で、メッシュのクリアなイメージ取得に成功した。これらの情報から、それぞれのビームの源のサイズ、位置、ビームのエミッタンス等を求めた。また、物理現象を比較するため、2DPICコードとの比較も行った。

論文

Development of an apparatus for characterization of cluster-gas targets for laser-driven particle accelerations

神野 智史; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 金崎 真聡; 近藤 公伯; Faenov, A. Y.; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; et al.

Progress in Ultrafast Intense Laser Science XI; Springer Series in Chemical Physics, Vol.109, p.215 - 233, 2015/00

Nd:YAGレーザーの2倍波である532nmのレーザーを用いて、超音速ジェット中に形成されるクラスターからの光散乱角度分布を測定することにより、クラスターのサイズを評価した。クラスターサイズ分布はミー散乱理論による散乱係数を用いて散乱角度分布をフィットすることにより求めた。標準粒子試料を用いることにより、サイズ測定の信頼性は実験誤差10%であることがわかった。CO$$_2$$/H$$_2$$及びCO$$_2$$/He混合ガスターゲットにおけるCO$$_2$$クラスターのサイズは、それぞれ0.26$$mu$$mと0.22$$mu$$mであった。CO$$_2$$/H$$_2$$ターゲット中における平均クラスターサイズの変化は実験誤差以内であった。また、レーザー強度の減衰測定により、クラスターの密度は5.5$$times10^8$$clusters/cm$$^2$$であることがわかった。さらに、ターゲットを通過した光の位相変化を干渉計で測定し、アーベル変換によりターゲットのガス密度プロファイルを取得した。ターゲットの動径方向に沿ったクラスターの割合はほぼ一定であり、ボルダレフモデルを支持する結果であった。

論文

Prepulse and amplified spontaneous emission effects on the interaction of a petawatt class laser with thin solid targets

Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; 砂原 淳*; 守田 利昌; 錦野 将元; 影山 慶*; 長友 英夫*; 西原 功修; 匂坂 明人; 小瀧 秀行; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 745, p.150 - 163, 2014/05

 被引用回数:45 パーセンタイル:96.48(Instruments & Instrumentation)

When a finite contrast petawatt laser pulse irradiates a micron-thick foil, a prepulse creates a preplasma, where an ultrashort relativistically strong portion of the laser pulse acquires higher intensity due to relativistic self-focusing and undergoes fast depletion transferring energy to fast electrons. If the preplasma thickness is optimal, the main pulse can reach the target generating fast ions more efficiently than an ideal, infinite contrast, laser pulse. The optimal conditions for hundreds of MeV ion acceleration are found with accompanying effects important for diagnostics, including high-order harmonics generation.

論文

Evaluation of dose level in a laser-driven ion accelerator using PHITS code

榊 泰直; 福田 祐仁; 西内 満美子; 神野 智史; 金崎 真聡; 余語 覚文; 近藤 公伯; 西藤 文博; 深見 智代; 上野 正幸; et al.

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 4, p.182 - 185, 2014/04

新規開発中のレーザー駆動型粒子線加速器は、加速イオンのエネルギーが上がるにつれて、その遮蔽能力の評価が重要になってくる。そこで、われわれはベンチマークとしてPHITSコードの有用性を実験結果と比較した。その結果、実測値と計算値がほぼ一致することが確認され、PHITSコードがベンチマークになり得ることがわかった。

論文

Current status and future prospects of "J-KAREN"; High contrast, high intensity laser for studying relativistic laser-matter interactions

桐山 博光; 森 道昭; 岡田 大; 下村 拓也; 中井 善基*; 田上 学; 近藤 修司; 金沢 修平; 余語 覚文; 匂坂 明人; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.015095_1 - 015095_5, 2014/03

原子力機構関西光科学研究所で開発を進めている高コントラスト、ペタワット級チタンサファイアチャープパルス増幅(CPA)レーザーシステムの設計及び動作特性について報告を行う。2つの可飽和吸収体と低利得光パラメトリックチャープパルス増幅手法(OPCPA)を用いた前置増幅器を用いることで、サブナノ秒の時間領域において1.4$$times$$10$$^{12}$$の高いコントラストを達成した。最終段増幅器出力は28Jであり、パルス圧縮を行うことで、600TWの高いピーク出力がポテンシャルとして可能である。また、0.1Hzの繰り返しでペタワット以上の出力が可能なシステムへのアップグレードについても簡素に報告する。

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:11.34(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

Observation of preformed plasma generated from a thin-foil target for laser-driven proton acceleration

匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 西内 満美子; 小倉 浩一; 榊 泰直; 余語 覚文; 森 道昭; 桐山 博光; 岡田 大; 金沢 修平; et al.

レーザー研究, 42(2), p.160 - 162, 2014/02

強度レーザーと薄膜との相互作用により、高エネルギーの粒子,硬X線,高次高調波,テラヘルツ波などが発生する。特にレーザー駆動陽子線については、医療用などの小型イオン源への利用が期待されている。今回、日本原子力研究開発機構設置のチタンサファイアレーザー(J-KAREN)を用い、薄膜ターゲットから発生した陽子の計測を行った。ターゲット表面から発生したプリプラズマの大きさは、自然増幅光のメインパルス以前部分のパルス幅を短くすることで減少した。ターゲット裏面の垂直方向に発生する陽子の最大エネルギーは、プリプラズマの大きさを制御することにより増加した。

論文

Insertable pulse cleaning module with a saturable absorber pair and a compensating amplifier for high-intensity ultrashort-pulse lasers

余語 覚文; 近藤 公伯; 森 道昭; 桐山 博光; 小倉 浩一; 下村 拓也; 井上 典洋*; 福田 祐仁; 榊 泰直; 神野 智史; et al.

Optics Express (Internet), 22(2), p.2060 - 2069, 2014/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:49.64(Optics)

We demonstrate the performance of an efficient insertable pulsecleaning module that uses a saturable absorber pair with a compensatingmulti-pass amplifier. The module is implemented with a conventional CPATi:sapphire laser system. It suppresses the amplified spontaneous emission (ASE) level of the pulse pedestal by about three orders of magnitude whilepreserving the output pulse energy and repetition-rate of the overall lasersystem. The effectiveness of the cleaning module is confirmed in laserdrivenproton acceleration experiments. At the 10$$^{9}$$ W/cm$$^{2}$$ pedestal level, the surface structure and electrical resistivity of an insulator target (100 nmsilicon nitride) are preserved prior to the arrival of the intense ultrashortpulse.

論文

Mie scattering from submicron-sized CO$$_2$$ clusters formed in a supersonic expansion of a gas mixture

神野 智史; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 金崎 真聡; 近藤 公伯; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; et al.

Optics Express (Internet), 21(18), p.20656 - 20674, 2013/09

 被引用回数:20 パーセンタイル:72.12(Optics)

三段コニカルノズルを流れる混合ガスジェット中でのクラスター形成に関する数学モデルを提唱した。これを実験的に検証するために、ターゲットからの散乱光の角度分布を測定するミー散乱法を用いてクラスターサイズを評価した。CO$$_2$$(30%)/H$$_2$$(70%)及びCO$$_2$$(10%)/He(90%)混合ガス中に形成されるCO$$_2$$クラスターの平均サイズは、それぞれ0.28$$pm$$ 0.03$$mu$$mと0.26$$pm$$0.04$$mu$$mであった。さらに干渉計を用いることによりガス密度を測定した結果、モデルと2倍以内で一致した。また、ドライネス($=モノマー/(モノマー+クラスター)$比)はモデルを支持する結果であった。このような実験結果により、クラスター形成の数学モデルが混合ガスに対して十分信頼できることが証明された。

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

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.05

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

Characterization of submicron-sized CO$$_2$$ clusters formed with a supersonic expansion of a mixed-gas using a three-staged nozzle

神野 智史; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 金崎 真聡; 近藤 公伯; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; et al.

Applied Physics Letters, 102(16), p.164103_1 - 164103_4, 2013/04

 被引用回数:25 パーセンタイル:71.64(Physics, Applied)

ボルダレフモデルに基づいて設計された3段コニカルノズルを用いて、CO$$_2$$/He、あるいは、CO$$_2$$/H$$_2$$混合ガスの超音速膨張中に形成されるCO$$_2$$クラスターのサイズについて、光散乱の角度分布を測定することにより評価した。実験データは、ミー散乱理論を用いて解析し、CO$$_2$$クラスターのサイズについて、それぞれ、0.22$$mu$$mと0.25$$mu$$mと求まった。この結果は、ボルダレフモデルがミクロンサイズのクラスター生成に対して十分信頼できることを示している。

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:12 パーセンタイル:67.64(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:15 パーセンタイル:74.93(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

Development of a single-shot-imaging thin film for an online Thomson parabola spectrometer

榊 泰直; 金崎 真聡; 福田 祐仁; 西内 満美子; 堀 利彦; 余語 覚文; 神野 智史; 仁井田 浩二*

Review of Scientific Instruments, 84(1), p.013301_1 - 013301_7, 2013/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:35.1(Instruments & Instrumentation)

シングルショットイメージング薄膜がオンライントムソンパラボラのために開発され、原子力機構関西光科学研究所のJ-KARENレーザーでその最初のデータがとられた。MCPなどのイメージングデバイスを使わずとも、4MeV陽子のエネルギースペクトルが計測された。これらの解析には、原子力機構が作成したモンテカルロ型イオン輸送システム(PHITS)コードが利用され、イメージング薄膜の発光特性を実によく再現させた。これらは、今後、新たな計測システムを構築するうえで有効なツールとなるであろう。

論文

レーザー駆動陽子線の生物照射効果

余語 覚文

レーザー研究, 40(11), p.842 - 849, 2012/11

Recently, high-intensity laser ion acceleration has been suggested as a potential, cost-saving alternative technology to conventional accelerators for radiotherapy. In this review, investigations of the biological effects of the high bunch current and short bunch duration, that are typical of laser-acceleration, are reported. The radiobiological effects of high dose-rate irradiation with laser-driven proton beams are compared with those of beams derived from conventional ion accelerators.

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