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Bulanov, S. V.; 山極 満; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; 神門 正城; 上島 豊; 斎藤 寛二; 若林 大輔*
Physics of Plasmas, 12(7), p.073103_1 - 073103_11, 2005/07
被引用回数：27 パーセンタイル：64.62(Physics, Fluids & Plasmas)有限の長さのプラズマ中を伝播する短パルス高強度レーザーと電子に関する理論的考察及び2次元Particle in Cellシミュレーションについて報告する。色々なプラズマ密度での中-高強度照射による高速電子のエネルギースペクトルと空間エミッタンスを解析した。プラズマの航跡場の波長よりもレーザーのパルス幅が長い領域では、航跡場で加速された電子はさらに電磁波によって加速されることがわかった。
Bulanov, S. V.; 田島 俊樹
加速器, 2(1), p.35 - 41, 2005/04
最近Nature2004年9月30日号に3つの実験においてレーザー航跡場加速による準単色電子線発生の実験結果が報告されるなど、レーザー加速の研究が質的に新しい段階にさしかかった。日米欧の実験の現状をサーベイしその理論的理解を提起する。これによりパラメータの選択の重要性が明らかになり、なぜ初期の実験で単色からほど遠いスペクトルになったかが理解される。
田島 俊樹
パリティ, 19(3), p.4 - 81, 2004/03
高強度レーザー技術の進歩により20年以上も前に提案されたレーザー加速が次第に現実化してきている。これらのレーザーをガスや固体の薄膜などに適当な条件で照射することにより、高エネルギーの電子やさらにはイオンを加速することができる。こうした方法では粒子が極めてコンパクトな距離で加速できるのみならず、ビームの横の(位相空間の)広がり(横エミッタンス)が高質な(すなわち小さい)ことがわかってきた。こうしたレーザー加速の特質を踏まえると、さらにレーザーとレーザーの組合せやレーザーと従来からの加速器技術/施設の掛け合せにより、いままでに到達不可能と思われてきた物理的条件やパラメータ領域に手が届くようになる可能性を指摘できる。これはレーザー(と加速器)によって相対論的物質流などを制御し新しい物質や物理条件を創り出そうとする新しい技術体系で、私は相対論工学と呼んでいる。
田島 俊樹
レーザー研究, 31(11), p.707 - 710, 2003/11
高強度レーザー中では電子の運動が相対論的になり始める。このために物質は相対論的非線形性とでもいえるような反応をレーザーに対して示す。この性質により顕著な現象やその応用が立ちあらわれる。これを巧く使えば今までの技術では到達出来なかったさまざまな利用が可能になる。コンパクトなレーザー加速はその一つである。例えば、レーザー加速の際にあらわれる航跡場を適当に制御することにより対向する第2のレーザーを極めて高強度に集光できる可能性があることを示せる。こうした超高強度場のもとで出現すると考えられる幾つかのユニークな物理現象について触れる。これは、われわれが相対論工学と呼ぼうとしている新しい技術の単に一つの例である。
神門 正城; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 金沢 修平; 益田 伸一; 本間 隆之; 中島 一久
Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.135 - 137, 2003/08
われわれはレーザー航跡場加速の実証のために高品質入射装置としてフォトカソードRF電子銃とrace-track型マイクロトロン(以下、RTM)を組合わせた加速器を整備してきた。レーザー航跡場加速実験は今年度末に計画されている。フォトカソードマイクロトロンに関する最近の研究として、種々の電子プロファイルモニタの比較,フォトカソードマイクロトロンの暗電流計測,運転時の放射線量分布測定,検出器試験,入射系の真空系への質量分析計の導入,冷却水温度安定化がある。本発表では、フォトカソードマイクロトロンシステムの概要と新しい制御システムの構築,プロファイルモニタ試験について述べる。さらに今後の課題として、ビーム電流安定化のために冷却水温度安定化のための改造を検討中及びレーザー加速のための同期システムを紹介する。
小瀧 秀行; 神門 正城; 細貝 知直; 近藤 修司; 益田 伸一; 金沢 修平; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久
International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 14(1-4), p.255 - 262, 2003/03
現在の加速器では、高周波加速が多く利用されているが、この高周波をレーザーに変えることにより、加速勾配が100~1000倍となり、レーザー加速は加速器小型化の可能性を秘めている。最近、高強度レーザーを用いたレーザー加速が世界中で注目されており、100MeVを超えるエネルギーゲインが実証されている。原研では、フォトカソードRFガンを電子源としたマイクロトロンを高品質電子ビーム源として使用し、これを100TW20fsレーザーで加速する。プラズマ波長は数百フェムト秒と短いため、効率よく加速を行うには、超短パルス電子ビームが必要となる。超短パルス電子ビームの生成及びフェムト秒オーダーでの高精度のレーザー電子ビーム周期には、逆自由電子レーザーとシケインマグネットによるバンチスライスを行う。また、加速長を長くするため、プラズマ光導波路を使用し、cm長の加速を行う。これらを組み合わせ、1GeVの加速を目指す。フォトカソードRFガンとマイクロトロンの性能について、さらに逆自由電子レーザーやプラブマ光導波路の計画を発表する。
田島 俊樹
日経サイエンス, 32(8), p.96 - 97, 2002/08
Scienfitic American 誌2002年5月号に出たG. ムルーとD. アムスタッター両氏による論文“Extreme Light"(「卓上レーザーが放つ地上最強の光」)の解説記事である。著者のひとりムルーは、高輝度レーザー主要技術の発明者で、高強度場科学推進の第一人者である。もう一人の著者アムスタッターはレーザー加速の実験家。高強度場科学の例の内、日本でされている研究をも紹介し、それらを世界の研究のなかに位置付ける。日進月歩の先端の息吹きと高強度場科学の夜明けに日本が伍して行くうえでの必要な精神にも言及する。
小方 厚*; 岡本 宏巳*; 草野 完也*; 遠藤 一太*; 西田 靖*; 榮 武二*; 新井 正敏*; 中西 弘*; 近藤 公伯*
JAERI-Tech 2002-007, 28 Pages, 2002/03
JAERI-Tech-2002-007.pdf:1.34MB
陽子/イオン加速器は、電子加速器に比べ大きな設備投資を要するために、広い応用分野を有するにもかかわらず普及していない。本研究は、こうした状況に突破口を開けるべく行われた。レーザーとプラズマによる電子加速では、既にプラズマ波の電場により大加速勾配を得ることに成功している。しかし、1GeV以下の陽子は光に比べはるかに低速なので、レーザーが作る航跡場をそのまま加速に用いることができない。そこで、イオン生成に「薄膜衝撃法」,イオン加速に「後方ラマン散乱法」を提案した。イオン源として「薄膜衝撃法」の実験を行った。標的として有機薄膜を用い、イオン温度として約100-200keV最高エネルギーとして約100MeVを得た。50mJ,50fs,1TWのテーブルトップレーザーで、高速陽子を発生したことに大きな意味がある。また、イオン加速としての「後方ラマン散乱法」に関しては、理論的考察,シミュレーション及び密度勾配を持つプラズマ生成とその測定に関する基礎実験を行い、良好な結果を得た。
神門 正城; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 金沢 修平; 益田 伸一; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久
Proceedings of 26th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.132 - 134, 2001/08
日本原子力研究所関西研究所光量子科学研究センターに建設されたフォトカソード・マイクロトロンの第一期のビーム試験の結果を報告する。ビーム性能は、電荷量91pC,エミッタンス10
mm-mrad,パルス幅10ps,ジッター5.5psが達成された。現在は1GeVレーザー加速に向けての電子ビームライン改造を進めているが、その進捗状況も報告する。また、1GeVレーザー加速実験計画の概要についても報告する。
益田 伸一; 神門 正城; 小瀧 秀行; 細貝 知直*; 近藤 修司; 金沢 修平; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久
Proceedings of 13th Symposium on Accelerator Science and Technology, 3 Pages, 2001/00
原研関西において、100TWレーザーを用いたレーザー航跡場加速器実験が計画されている。高速Zピンチキャピラリ放電によるプラズマ導波路の開発は、加速長をかせぐために重要な課題の一つである。これまでに、われわれは2cm長のプラズマ導波路を開発し、レーザーの導波実験に成功した。現在、1GeVレーザー加速実験のための10cm長のプラズマ導波路を開発中である。開発状況とPICシミュレーションの結果について報告する。
小瀧 秀行; 神門 正城; 近藤 修司; 益田 伸一; 金沢 修平; 横山 隆司*; 的場 徹; 中島 一久
Proceedings of 13th Symposium on Accelerator Science and Technology, 3 Pages, 2001/00
高周波での加速をレーザーに変えることにより、加速勾配が100
1000倍となり、レーザー加速は加速器小型化の可能性を秘めている。日本原子力研究所では、フォトカソードRFガンを電子源としたマイクロトロンを高品質電子ビーム源として使用し、これを100TW 20fsレーザーが加速する。効率よく加速を行うには、超短パルス電子ビーム,フェムト秒オーダーでの高精度の同期,レーザーの長距離伝播等を必要である。これらの要素技術及び組合せることによる高効率のレーザー加速,ガスジェットによるガス密度分布の測定や周波数干渉法によるレーザープラズマ航跡場の測定等、レーザー加速のための基礎実験について発表する。
細貝 知直; 神門 正城; 出羽 英紀; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 長谷川 登; 堀岡 一彦*; 中島 一久
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 455(1), p.155 - 160, 2000/11
被引用回数：1 パーセンタイル：20.05(Instruments & Instrumentation)われわれは、高速Zピンチ放電を光導波路形成に用いることを提案し研究開発を進めてきた。高速立ち上がりの電流で駆動されるZピンチ放電では、高速で収縮する同軸状電流層の前面に衝撃波が駆動され、電流層と衝撃波によってプラズマ柱のコア内部に径100
m以下の凹型のプラズマ密度分布が形成される。この収縮プロセスでZ軸上に形成されるプラズマの内部構造を光導波路としてレーザー光のガイディングに用いる。低インダクタンス電源による高速電流駆動とガスの予備電離を用いることによって、電磁流体的不安定性が成長する前にプラズマを圧縮することができ、軸方向に一様な再現性の良いシリンダー状のプラズマチャンネルが形成されることが実験とMHDシミュレーションによって確かめられている。今回このプラズマチャンネルの端面に高強度超短パルスレーザー(レーザーパワー2.2TW、パルス幅90fs)を集光(集光直径40m、集光強度
1
10
W/cm
)しガイド実験を行った。高強度超短バルスレーザーはプラズマチャンネル中を真空中の回折距離の12.5倍に相当する2cmにわたってガイドされた。
細貝 知直; 神門 正城; 出羽 英紀; 小瀧 秀行; 近藤 修司; 長谷川 登; 金沢 修平; 中島 一久*; 堀岡 一彦*
電気学会論文誌,A, 120(5), p.575 - 582, 2000/05
本論文では、キャピラリー放電励起型X線レーザーの技術をベースにした、高速Zピンチ放電光導波路を提案した。高速立ち上がりの電流で駆動されるZピンチ放電では、高速で収縮する同軸状電流層の前面に衝撃波が駆動され、電流層と衝撃波によってプラズマ柱のコア内部の径100m程度の領域に凹型のプラズマ密度分布が形成される。この収縮プロセスで中心軸上に形成されるプラズマの内部構造を積極的にレーザー光のガイディングに用いる。低インダクタンス電源による高速電流駆動とガスの予備電離を用いることによって、軸方向に一様な再現性の良いシリンダー状のプラズマチャンネルが形成されることが実験とMHDシミュレーションによって確かめられた。このプラズマチャンネルの端面に高強度超短パルスレーザー(レーザーパワー2.2TW、パルス幅90fs)を集光(集光直径40m、集光強度110W/cm)しレーザー光のガイド実験を行った。高強度超短パルスレーザーはプラズマチャンネル中を真空中の回折距離の12.5倍に相当する2cmにわたってガイドされた。
細貝 知直*; 近藤 修司; 神門 正城*; 中島 充夫*; 堀岡 一彦*; 中島 一久*
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.179 - 182, 1999/00
レーザの集光強度を保ったまま回折長よりも長く伝搬させることはX線レーザやレーザ加速にとって重要な問題である。この問題に対してわれわれは高速キャピラリー放電を用いたプラズマ導波路を提案する。キャピラリー中にガスを封入し安定なZピンチ放電によって軸対称にプラズマを収縮させる。この場合、高速で軸方向に運動するプラズマ層とそれによって駆動される衝撃波でコア内部に凹型電子密度分布を持ったチャンネルが形成される。プラズマチャンネル中の凹型電子密度分布形成過程を調べるために放電ダイナミクスとチャンネル中のレーザの伝搬を調べた。また実験結果をMHDシミュレーションを行い検討した。これらより、高速キャピラリー放電の収縮過程で径~100m長さ1cm電子密度勾配110cm
-110
cm以上の凹型電子密度分布を持つプラズマ導波路が形成されたことを確認した。
的場 徹
放射線, 23(3), p.105 - 112, 1997/00
日本原子力研究所・関西研究所において計画し、平成7年度より実際の研究開発を開始している先進的光量子科学の研究について計画の意義と位置付け、及び計画内容を紹介する。特に、計画の初期段階において研究開発を優先して行う必要のある光量子光源としてTキューブレーザー及びX線レーザーの概要を紹介し、さらにTキューブレーザーを利用する応用研究としてレーザー加速の研究を紹介する。先進的光量子科学全体にかかわる基盤的研究として大型放射光を(SPring-8)を用いた研究開発計画についてもあわせて紹介する。最後に、将来の本格的な応用研究の展開に対する期待をまとめる。
宅間 宏
Proceedings of 1st International Conference on Superstrong Fields in Plasmas, p.509 - 515, 1997/00
最近のCPA増幅によるレーザー技術の進歩によって、実験室規模の装置によって従来核融合用巨大システムでしか実現できなかったような100TW級以上の出力が通常の実験室規模の装置によって発生可能となり、またパルス幅もフェムト秒程度に短くすることが可能となっている。このような条件での光とプラズマの相互作用では、相対論的な効果や、電子だけにエネルギーが注入されるなど、従来見られなかったような新局面が展開され、その結果高強度のX線の発生やプラズマ中に長いチャンネルと作る光の伝播,光による電子の高エネルギー加速、さらには精密加工や医療など広範な基礎領域・応用領域で画期的な展開が期待される。原研の光量子研究計画は、このような新領域を総合的に開拓しようとなるもので、極短パルス幅・コンパクト化を特徴とする超高強度レーザーの開発,X線レーザーやレーザー加速への応用研究を中心とし、さらにそれらの結果を共同研究によって広範な領域に応用使用とするものである。すでに9.6TWのピーク出力を世界最短幅16.6fsで発生することに成功し、さらに100TW, 20fsの発生が本年中に達成される見込みである。
出羽 英紀*; H.Ahn*; 神門 正成*; 小瀧 秀行; 中島 一久*; 小方 厚*
Superstrong Fields in Plasmas, p.526 - 531, 1997/00
大強度パルスレーザーの超高電場の伝搬を測定した。レーザー光の自己収束が観測され、これがレーザーのパワーとガス圧力に依存していることがわかった。またガス中にレーザーによって発生する航跡場の測定を行った。測定によって得られた航跡場の加速勾配は、電子の加速実験から得た値とよく一致している。2次元の航跡場測定によって、プラズマ中の航跡場の軸方向に生じていることがわかった。
谷 啓二
プラズマ・核融合学会誌, 72(9), p.935 - 940, 1996/09
関西研究所における光量子実験研究を支援する次の5つのシミュレーション計画についてその概要を解説した。1)光量子-電子ビーム相互作用シミュレーション、2)X線レーザー発振シミュレーション、3)レーザー加速シミュレーション、4)光量子-物質相互作用シミュレーション、5)X線構造解析高速処理ソフト。
有澤 孝; 的場 徹; 貴家 恒男; 中島 一久*; 山川 考一; 佐々木 明
Proc. of Int. Conf. on LASERS'96, p.1 - 12, 1996/00
光量子科学では、超高ピーク出力レーザーの開発とそれによって駆動されるX線レーザーさらには超高ピーク出力レーザーを利用したレーザー加速研究開発を中心としたレーザー加速の研究を展開している。それら光量子科学研究の計画及び今までの成果として、10TW規模の極短パルス・超高ピーク出力レーザーの開発、300MeV級のレーザー加速基礎実験、超高ピーク出力用高繰り返し全固体レーザーなどについて述べる。
