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論文

High intensity, high temporal contrast, high repetition-rate laser for laser driven particle acceleration

鈴木 将之; 桐山 博光; 大東 出; 岡田 大; 越智 義浩; 佐藤 方俊*; 吉井 健裕*; 玉置 善紀*; 前田 純也*; 松岡 伸一*; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.53 - 57, 2012/07

レーザー駆動粒子線発生用励起源に求められるその特徴は高ピーク強度,高コントラスト及び高繰り返しである。これを実現するために高コントラスト化が見込めるOPCPA増幅器を第一段目増幅器に用い、高繰り返し動作可能なLD励起Yb:YAG薄膜ディスクを第二段目の増幅器に用いたハイブリッドレーザーシステムの開発を行った。発振器からのレーザーパルスはパルス伸長器でパルス幅1nsまで伸長される。その後、このレーザーパルスはポッケルセルにて10Hzに切り出され、波長532nmのレーザー光を励起光としたBBOで構成されるOPCPAを用いて、エネルギー3.5mJまで増幅される。さらにこのレーザーパルスは、LD(波長940nm)を励起源としたYb:YAG薄膜ディスクで構成される増幅器にて出力130mJまで増幅に成功した。この増幅されたレーザーパルスはパルス圧縮器でパルス幅450fs程度まで圧縮され、クロスコリレーターを用いて時間的コントラスト計測を行った。その結果、増幅光の150ps直前において約8桁のコントラストを得ることに成功した。

論文

Design of soft X-ray wide-band multilayer gratings for constant deviation monochromators

小池 雅人; 今園 孝志

AIP Conference Proceedings 1465, p.202 - 206, 2012/07

 パーセンタイル:100

軟X線領域の単色計として金属単層膜を蒸着した回折格子を搭載した分光器がよく用いられているが実用的な入射角における高エネルギー光に対する回折効率の低下から現在のところ実用的な高エネルギー限界は約2keVであるといわれている。それより高エネルギー領域においてはSiなどの分光結晶を分散素子として用いる結晶分光器が一般的である。このため、例えば1keVから3keVにまたがる測定においては、形式が異なる分光器の切り替えが必要であること、Siより格子定数の大きい結晶は物性的に脆弱なことが多いため使用しづらく、回折格子分光器のより高エネルギー領域への拡張が期待されている。本報告では反射鏡や定入射角の平面結像型分光器用回折格子の使用エネルギー領域の高エネルギー化と広帯域化を目的に考案された製作が容易な新しい多層膜形成方法の定偏角分光器用回折格子に対する有効性について述べる。特にここでは1.5keV-2.5keVをエネルギー領域とする定偏角Monk-Gillieson型分光器用多層膜回折格子に応用した場合について考察する。

論文

Development of a soft X-ray diffractometer for a wideband multilayer grating with a novel layer structure in the 2-4 keV range

今園 孝志; 小池 雅人; 河内 哲哉; 長谷川 登; 小枝 勝*; 長野 哲也*; 笹井 浩行*; 大上 裕紀*; 米澤 善央*; 倉本 智史*; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.33 - 37, 2012/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:11.25

We have developed a compact wavelength-dispersive soft X-ray emission (SXE) spectrometer for TEM's. SXE spectroscopy combined with transmission electron microscopy (TEM-SXES) should be a hopeful method to reveal physical properties and electronic structures of identified small specimen areas of various compounds. It is necessary to develop a new SXES instrument that works in an energy range of 2-4 keV, in which it is of importance to simultaneously detect and analyze SXE spectra for materials science and industry. For this purpose, we have invented a novel layer structure that enables to uniformly enhance the reflectivity in a few keV energy range at a fixed angle of incidence. The multilayer structure that consisted of W and B$$_4$$C was fabricated on the surface of a newly designed holographic laminar-type varied-line-spacing master grating (MLG). Its performance test was carried out at BL-11B, Photon Factory, KEK. As a result, it was revealed that the new MLG was effective to uniformly enhance the diffraction efficiency and worked practically in this energy region.

論文

Improvement of the Soft X-ray Polarimeter and Ellipsometer (SXPE) for complete polarization analysis

今園 孝志; 佐野 一雄*; 小池 雅人

AIP Conference Proceedings 1465, p.28 - 32, 2012/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:43.3

In our previous study, a dedicated apparatus for complete polarization analysis (Soft X-Ray Polarimeter and Ellipsometer: SXPE) had been developed. It was installed at BL-11, SR Center, Ritsumeikan University. It was successful that the linear polarization degrees of the beamline in the wavelength range of 12.5-14.8 nm were determined quantitatively along with the evaluation of the polarization characteristics of Mo/Si multilayers used as the polarizers. Unfortunately, there were some problems on the SXPE denoted as follows: the difficulty of the alignment; anxiety of the shortage of torque of rotational stages comparing with the imposed massive load; limitation of the size of a polarizing element up to 15 $$times$$ 15 $$times$$ 5t mm$$^3$$. To solve these issues, the SXPE was thoroughly improved, and then a re-evaluation of the linear polarization degree at a wavelength of 13.9 nm was performed by using the improved SXPE equipped with newly fabricated Mo/Si multilayer polarizers. The result was good agreement with the theoretical value, as well as the previous result.

論文

A Beam intensity monitor for the evaluation beamline for soft X-ray optical elements

今園 孝志; 森谷 直司*; 原田 善寿*; 佐野 一雄*; 小池 雅人

AIP Conference Proceedings 1465, p.38 - 42, 2012/07

 パーセンタイル:100

Since 2000, the evaluation beamline for soft X-ray optical elements, BL-11, at SR Center of Ritsumeikan University, has been operated to measure the wavelength and angular characteristics of absolute reflectivity (or diffraction efficiency) of soft X-ray (SX) optical devices in a wavelength range of 0.65-25 nm. It is important to calibrate and assign wavelength, intensity, and polarization of the light introduced into a reflecto-diffractometer (RD) at BL-11 along with the evaluation of the characteristics of optical element samples. Not the beam intensity of the zero-th order light (BM0) but that of the monochromatized first order light (BM1) should be measured for the normalization of the incident beam intensity. It is because there should be an obvious linear relationship between the two values of BM1 and the signal intensity (ID) from a detector equipped in the RD. A new beam intensity monitor based on total electron yield (TEY) method has been installed just before the RD. It has been found out that the correlation coefficient between the signals obtained by the beam monitor and that by the detector (a photodiode) of RD has been estimated to be 0.989. It indicates that the new beam intensity monitor provides accurate real time measurement of the incident beam intensity.

論文

Incorporation of the effect of the composite electric fields of molecular ions as a simulation tool for biological damage due to heavy ion irradiation, 2

森林 健悟

AIP Conference Proceedings 1465, p.241 - 245, 2012/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:11.25

Swift heavy ions are a good research tool in the fields of biological physics, surface science, and medical science. For example, in biological physics, although there are several hypotheses, the important phenomenon of relative biological effectiveness (RBE) is not yet fully understood and one might ask why do heavier ions produce more cluster DNA damage and lead to high RBE values. The understanding of RBE is directly connected to the understanding of the reason why cancer therapy using C$$^{6+}$$ ions has higher efficiency than that using protons. In this paper, we propose and quantify a novel explanation for RBE that hinges on the effect of the composite electric fields of molecular ions (mainly H$$_2$$O$$^+$$) in a cell that are produced by heavy ion impact ionization processes by comparing the irradiation of a C$$^{6+}$$ ion with that of a proton onto the cell.

論文

Photon-photon collisions via relativisitic mirrors

Koga, J. K.

AIP Conference Proceedings 1465, p.102 - 106, 2012/07

 パーセンタイル:100

Photon-photon scattering at low energies has been predicted theoretically for many years. However, due to the extremely small cross section there has been no experimental confirmation of this. Due to the rapid increase in laser irradiances and projected peak irradiances in planned facilities can reach regimes where photon-photon scattering could be experimentally observed. We will first review basic aspects of photon-photon collisions concentrating on the calculation of the photon-photon scattering cross section. Then we will discuss the possibilities for observing these phenomena in ultra-high irradiance laser-plasma interactions involving relativistic mirrors.

論文

Interaction of soft X-ray laser pulse radiation with aluminum surface; Nano-meter size surface modification

石野 雅彦; Faenov, A.*; 田中 桃子; 長谷川 登; 錦野 将元; 保 智己*; Pikuz, S.*; Inogamov, N. A.*; Zhakhovsky, V. V.*; Skobelev, I.*; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.236 - 240, 2012/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:43.3

軟X線レーザーによるアブレーション過程の理解を目的として、アルミニウム表面に軟X線レーザーを集光照射した。照射痕を走査型電子顕微鏡で観察したところ、アブレーション構造とは異なる表面改質領域が形成されていることがわかった。この表面改質領域には、ナノメートルオーダーの直径を持つ円錐状構造が多数形成されている。また、円錐状構造が形成されている改質領域は、照射した軟X線レーザーの浸入長に一致する深さであるこことも確認した。軟X線レーザーによるアルミニウム表面に形成される改質構造は、新規のナノ構造形成プロセスとしても興味深い。このX線レーザーとアルミニウム表面との相互作用によって形成される改質領域については、理論計算により提唱されている破砕的モデルで説明することができる。

論文

Development of single shot soft X-ray contact microscopy system for nano-scale dynamics measurement of living biological specimen

岸本 牧; 加道 雅孝; 石野 雅彦; 保 智己*; 安田 恵子*; 篠原 邦夫*

AIP Conference Proceedings 1465, p.43 - 47, 2012/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:15.65

水中の生きた生体細胞内ナノメートルスケール構造を観測するためのピコ秒シングルショット接触型X線顕微鏡システムの開発を行っている。この顕微システムは、プラズマ軟X線源用の大強度赤外ポンプレーザーシステムとX線顕微鏡チャンバより構成されている。ポンプレーザーは、光パラメトリック法を採用して非常にコントラストの良いレーザーパルスを発生することが可能であり、高効率で水の窓軟X線を発生することができる。X線顕微鏡チャンバは、真空チャンバ,集光レンズ,薄膜ターゲットとその駆動系,真空対応試料ホルダーより構成される。ポンプレーザーパルスは集光レンズによって薄膜ターゲット上に集光され、レーザー誘起プラズマが生成する。プラズマで発生した水の窓軟X線は、試料ホルダーにセットされたPMMAフォトレジスト基板上の生物試料を照射する。軟X線照射後にフォトレジスト基板は現像処理され、フォトレジスト上に記録された生体細胞のX線透過イメージをAFMを用いて読み出す。われわれは開発した軟X線顕微鏡を用いて水中のマウスのライディッヒ細胞のX線像を取得し、この顕微鏡システムが約100nmの空間分解能を持つことを実証した。

論文

Observation of organelle by a laser plasma X-ray microscope

加道 雅孝; 岸本 牧; 石野 雅彦; 保 智己*; 安田 恵子*; 篠原 邦夫*

AIP Conference Proceedings 1465, p.246 - 250, 2012/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:11.25

生体の主要な構成要素である炭素に吸収されやすく、周囲の水にはほとんど吸収されないという特徴を持つ高輝度軟X線源と組合せた密着型軟X線顕微鏡は、自然環境下にある水を含んだ生物試料を無染色で直接観察することが可能である。しかし、反面、軟X線顕微鏡はこれまで観察できなかった生きた細胞内の構造を観察できるという新しい観察技術であるため、学術的な応用のためにはX線像で取得された構造を正確に特定することが非常に重要である。われわれは、同一の細胞のX線顕微鏡像と蛍光顕微鏡像を直接比較し、蛍光顕微鏡で観察された構造をもとにX線顕微鏡で得られた構造を特定するという新しい手法を提案した。その結果、X線顕微鏡によりミトコンドリアの構造の観察に成功した。

論文

Development of the X-ray interferometer and the method of temporal synchronization of X-ray and optical pulse

長谷川 登; 山本 稔*; 寺川 康太*; 錦野 将元; 越智 義浩; 南 康夫*; 富田 卓朗*; 河内 哲哉; 末元 徹

AIP Conference Proceedings 1465, p.23 - 27, 2012/07

 パーセンタイル:100

「フェムト秒レーザー照射によるレーザーアブレーション」の初期過程の解明を目指し、「アブレーションしきい値近傍の照射強度領域における表面形状の過渡的な変化」の観測を行っている。固体表面を観測するのに適した波長を持つプラズマ軟X線レーザーをプローブ光源とした干渉計を開発し、これにポンプ光源としてチタンサファイアレーザーを組合せることで、「フェムト秒レーザー照射による金属表面のレーザーアブレーション」のナノメートル級の変位をピコ秒スケールの分解能で観測した。さらにX線レーザーとチタンサファイアレーザーの同期手法を改善し、同期精度を3ピコ秒以下に低減することに成功したので、これを報告する。

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

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

Designing experiments for demonstration of isotope-selective distribution transfer using terahertz wave

横山 啓一

AIP Conference Proceedings 1465, p.65 - 68, 2012/07

 パーセンタイル:100

現実的なテラヘルツ波パルス列を用いて今後行う予定の同位体選択的回転分布移動の実証実験の設計について報告する。設計すべきポイントとしては、作業分子種,ターゲット分子生成方法,テラヘルツ波パルス列作成方法、及び回転分布測定方法がある。結果として、作業分子としては塩化リチウム分子を選び、その生成には高温CWノズルによるヘリウム希釈超音速分子線を選んだ。テラヘルツ波パルス列の生成には3段の干渉計あるいはエタロンを用いる。回転状態分布の測定には運動量画像分光を用いる。これらの条件を用いて選択的分布移動の数値計算による検証を行う。

論文

Extreme field limits in the interaction of laser light with ultrarelativistic electrons

Bulanov, S. V.; Esirkepov, T. Z.; 林 由紀雄; 神門 正城; 桐山 博光; Koga, J. K.; 近藤 公伯; 小瀧 秀行; Pirozhkov, A. S.; Bulanov, S. S.*; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.87 - 96, 2012/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:43.3

In the experiments on the collision of laser light and high intensity electromagnetic pulses generated by relativistic flying mirrors, with electron bunches produced by a conventional accelerator and with laser wake field accelerated electrons the studying of extreme field limits in the nonlinear interaction of electromagnetic waves is proposed. The regimes of dominant radiation reaction, which completely changes the electromagnetic wave-matter interaction, will be revealed. This will result in a new powerful source of high brightness $$gamma$$-rays. A possibility of the demonstration of the electron-positron pair creation in vacuum in a multi-photon processes can be realized. This will allow modeling under terrestrial laboratory conditions neutron star magnetospheres, cosmological $$gamma$$ ray bursts and the Leptonic Era of the Universe.

論文

The Spectra of the multicharged argon hollow ions; Observation, modeling and using for diagnostics of the early stage of the heating of clusters by a supper high contrast femtosecond laser pulses

Pikuz, T.; Faenov, A.*; Skobelev, I.*; Fortov, V. E.*; Boldarev, A.*; Gasilov, V.*; Chen, L. M.*; Zhang, L.*; Yan, W.*; Yuan, D.*; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.181 - 201, 2012/07

 パーセンタイル:100

A study is made of the ultra-short laser pulse irradiation of Ar cluster targets. Experiments have been performed with large cluster sizes and using very high laser contrasts, which have allowed clear and unambiguous observation of exotic inner-shell transitions in near-neutral Ar ions. The interaction of the main laser pulse with the unperturbed target is a necessary requirement for observing these lines. Our measurements are supported by kinetics calculations in which a very detailed atomic model is used. X-ray spectral methods have been proposed to determine the parameters of the appearing plasma at the early stages of its evolution. It has been shown that the spectra of hollow ions are the most informative in the first moments of the heating of a cluster, whereas the diagnostics of the late stages can be performed using the conventional lines of multicharged ions.

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

X-ray emission from relativistically moving electron density cusps

神門 正城; Pirozhkov, A. S.; 中村 龍史; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; 川瀬 啓悟*; Esirkepov, T. Z.; 福田 祐仁; 桐山 博光; 岡田 大; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.159 - 166, 2012/07

 パーセンタイル:100

We report on novel method to generate ultra-short coherent X-rays using a laser-plasma interaction. Nonlinear interaction of intense laser pulses with plasma creates stable, specific structures such as electron cusps. For example wake waves excited in an underdense plasma by the laser become dense and propagate along with the laser pulse (Flying Mirror). The flying mirror can reflect a counter-propagating laser pulse and directly convert it into high-frequency radiation and compress the pulse. We have conducted experimental results using 9 TW laser with a He gas target. We observed 10$$^{10}$$ photons in the extreme ultra-violet region (12.8-22.0 nm).

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