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西内 満美子; 榊 泰直
Isotope News, (739), p.15 - 20, 2015/11
レーザー駆動型の多価重イオン加速手法について、最近原子力機構関西光科学研究所において得られた結果を紹介するとともに、それらのビームの特徴から考えられる新しい応用先についての展望を述べる。
西内 満美子; 榊 泰直
日本原子力学会誌ATOMO
, 57(10), p.677 - 681, 2015/10
光、すなわち超高強度短パルスレーザーと、固体薄膜とを相互作用させることで、ほぼフルストリップ状態の鉄の原子核を0.9GeVで加速して取り出すことに成功した。既存の加速器イオン源技術ではなかなか達成が難しいと考えられる多価重イオンを数十フェムト秒という極短時間で作り出し、同時に高エネルギーに加速できることを実験的に示した。まったく新しいタイプの小型のイオン源開発に一歩前進したと言える。
阿部 浩之; 下村 拓也; 徳平 真之介*; 島田 幸洋*; 竹仲 佑介*; 古山 雄太*; 西村 昭彦; 内田 裕久*; 大道 博行; 大島 武
Proceedings of 7th International Congress on Laser Advanced Materials Processing (LAMP 2015) (Internet), 4 Pages, 2015/08
短パルスレーザー(ナノ秒,フェムト秒)を水素吸蔵合金表面層に照射し、水素吸蔵能向上を目指す表面改質実験を行った。レーザー条件をパルス幅100fsec、エネルギー0.2-3.4mJ/pulseとして、水素吸蔵合金LaNi
Al
合金に照射することで表面の局所構造を変化させ、この吸蔵合金の初期水素吸蔵反応とレーザー照射との相関について調べた。その結果、フルエンスで2.0mJ/cm
付近でのレーザー照射したサンプルは未照射サンプルに比べ、1.5-3.0倍水素吸蔵初期反応速度が速くなり水素吸蔵能が向上することを見いだした。これによりレーザー照射は水素吸蔵材料の表面改質に有効であると結論づけられる。
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：3 パーセンタイル：13.67(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。
西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也; 寺田 隆哉; 大道 博行
Journal of Laser Micro/Nanoengineering, 9(3), p.221 - 224, 2014/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Nanoscience & Nanotechnology)耐熱FBGセンサをフェムト秒レーザー加工により製作し、原子炉配管の高温に適用した。このセンサを鋼板表面に実装し、共振条件での振動試験を実施した。本センサの耐熱性能は600
Cである。安定化波長可変レーザーを使用して原子炉の日常点検のモニタとして利用できることを試験した。このセンサを繰り返し歪み計測を行なえるよう振動鋼板に取り付けた。溶接、ロウ付け、半田付け、そして貴金属接着剤など、各種の取り付け方法について議論した。
西村 昭彦; 寺田 隆哉; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也
Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 6 Pages, 2014/07
2007年より、原子力機構ではレーザー・光技術を用いた構造健全性の監視技術開発を実施してきた。超短パルスレーザー加工によるFBGセンサが最有力手段である。耐熱性を最も有効に活かすためにレーザー肉盛り加工により埋め込みを行った。ステンレス鋼材に溝加工を施した。熱源にはQCWレーザーを使用し、フィラーワイヤを溶接した。溶接ビードは良好なものとなった。FBGセンサはしっかりと固定されたが、反射スペクトルに劣化は認められなかった。FBGセンサは衝撃や音響振動を効果的に検出することができた。加熱により6nmの反射ピークのシフトが得られ、これは600度の温度上昇に相当する。FBGセンサを固定するための小型レーザー肉盛り装置についても紹介を行った。
Sherrill, M. E.*; Abdallah, J. Jr.*; Csanak, G.*; Dodd, E. S.*; 福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹*; 山川 考一; et al.
Physical Review E, 73(6), p.066404_1 - 066404_6, 2006/06
被引用回数：29 パーセンタイル：75.57(Physics, Fluids & Plasmas)電子と原子のキネティクスを連立して解くモデルを用いて、極短パルスレーザー照射Arクラスターから発生したK殼X線スペクトル(He
線)の解析を行った。このモデルでは、非平衡電子エネルギー分布関数はPICコードを用いて生成したものを用いた。その結果、X線は極めて非平衡な状態にある高密度プラズマから発生しており、その時間スケールは約5.7psであることがわかった。また、さらに固体密度に近い10
cm
を超えるイオン密度のクラスタープラズマの生成が可能となった場合には、X線発生のタイムスケールはフェムト秒となることが明らかとなった。
Sherrill, M. E.*; Abdallah, J. Jr.*; Csanak, G.*; Kilcrease, D. P.*; Dodd, E. S.*; 福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; et al.
Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 99(1-3), p.584 - 594, 2006/05
被引用回数：3 パーセンタイル：18.36(Optics)本研究では、電子分布関数が非熱的、かつ、イオンの内部状態が非定常であるような極めて非平衡なプラズマ中における電子と原子のキネティクスを自己無矛盾に解くモデルを開発した。このモデルを用いて、原研100TWレーザーを用いて測定されたArクラスターからのK殼X線スペクトル(He線)の解析を行った。
森林 健悟; Lee, K.*; 香川 貴司*; Kim, D. E.*
Laser Physics, 16(2), p.322 - 324, 2006/02
被引用回数：1 パーセンタイル：7.24(Optics)多重内殻電離過程を用いた短パルス高強度X線の(1)強度,(2)パルス幅測定法の提案に関して講演を行う。(1)強度測定:高輝度短パルスX線源によるSi原子への照射の原子過程を取り扱った。
電子がすべて電離した中空原子(
)と電子が1つだけ残っている多重内殻励起状態(
)から発生するX線数の比は、照射X線源のパルス幅にほとんど依存せず、その強度のみに依存することがわかった。これにより、多重内殻電離状態から発生するX線が高輝度短パルスX線源の強度測定に利用できる可能性があることを示した。(2)パルス幅測定:2つの短パルスX線を
tの時間間隔だけあけて照射し多重内殻励起からのX線数の計算を行った。多重内殻励起の生成は、多X線吸収、すなわち、X線非線形過程で生じることを用いて2つのX線パルスの重なりによるX線数の違いからパルス幅の測定ができる可能性を探った。この方法は、X線パルス幅よりも十分短い時定数の自動イオン化状態を持つ標的に対して有効であることが明らかとなった。
森林 健悟; 香川 貴司*; Kim, D. E.*
Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 38(13), p.2187 - 2194, 2005/07
被引用回数：6 パーセンタイル：31.16(Optics)2つの短パルスX線をtの時間間隔だけあけてSi原子に照射し内殻励起,多重内殻励起からのX線数の計算を行った。多重内殻励起の生成は、多X線吸収、すなわち、X線非線形過程で生じることを用いて2つのX線パルスの重なりによるX線数の違いからパルス幅の測定ができる可能性を探った。200fsのX線パルスの場合、理論上、この方法で正確にパルス幅の測定ができるが、20fsパルスでは、100%以上の誤差が生じた。これは、内殻励起状態の寿命(25fs程度)がX線パルスと同程度であったためと予想される。すなわち、1つめのパルスで生成した(多重)内殻励起状態が2つのパルスが到着しても残っていれば、それが内殻電離を起こし、多重内殻励起状態からのX線数を増やすためであると考えられる。そこで、自動イオン化の時定数を1fs, 10fsとした場合のパルス測定の精度を計算した。20, 50, 80fsのX線パルス幅に対して、自動イオン化の時定数が1fsの場合は、この方法で正確な値を導くことができたが、自動イオン化の時定数が10fsになると算出した値は、それぞれ、28, 55, 80fsとなった。すなわち、この方法では、X線パルス幅よりも短い時定数の自動イオン化状態を持つ標的を取り扱う必要があることが明らかとなった。
熊田 高之; Karavitis, M.*; Goldschleger, I. U.*; Apkarian, V. A.*
放射線化学, (79), p.30 - 35, 2005/03
放射線化学過程を理解するうえにおいて、放射線により物質に付されたエネルギーがどのくらいの速度でどのような緩和過程を経るのか理解することは必須である。本研究はCARS(コヒーレント反ストークスラマン分光)法を用いて固体クリプトン中におけるヨウ素分子の振動緩和の研究を行ったものである。10K以下では分子振動のエネルギー緩和が、それ以上では位相緩和が分子コヒーレンスを破壊する主要因であることが判明した。また温度依存性の実験とシュミレーションから、位相緩和には40K付近のエネルギーを持つ局在フォノンが関与していることが判明した。
(v = 1-19) in solid KrKaravitis, M.*; 熊田 高之; Goldschleger, I. U.*; Apkarian, V. A.*
Physical Chemistry Chemical Physics, 7(5), p.791 - 796, 2005/02
被引用回数：30 パーセンタイル：69.33(Chemistry, Physical)7-45Kの固体クリプトン中に捕捉されたヨウ素分子の振動量子状態のエネルギー及び位相緩和をフェムト秒レーザーによる時間分解型コヒーレント反ストークスラマン分光法(CARS)を用いて調べた。振動のエネルギー緩和速度は温度に依存せず、振動量子数vに比例することがわかった。位相緩和速度は指数関数的な温度依存性を示し、vの2乗に比例することがわかった。前者はヨウ素分子振動のエネルギー緩和に伴いそのエネルギー差に相当するフォノン4つを生成していること、後者は熱的に生成した固体中に既存のフォノンとの弾性散乱により引き起こされていることが示された。シュミレーションにより振動の位相緩和を誘発しているのは、ヨウ素分子の秤動運動を伴うモードのフォノンであることが明らかになった。
森林 健悟; 香川 貴司*; Kim, D. E.*
Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics, 37(20), p.4119 - 4126, 2004/10
被引用回数：12 パーセンタイル：49.7(Optics)高輝度X線が原子やイオンに照射されると内殻電離が起こり、内殻励起状態が生成される。この内殻励起状態は通常、自動イオン化を通して非常に速く消滅するが、X線の輝度がある値より大きくなると、内殻電離が自動イオン化よりも速く起こり、多重励起状態,中空原子が生成されることが予測されている。本研究では、具体的に高輝度短パルスX線源によるSiの2p内殻電子が2つ以上電離する多重内殻電離過程を取り扱い、多重内殻励起状態,中空原子からのX線発生のX線源強度測定への応用に関して検討を行った。Siの2p電子が5個電離した多重内殻励起状態と中空原子(2pがすべて電離した状態)からのX線数の比をいろいろなX線強度,パルスに対して計算した。その結果、比は、照射X線源のパルス幅にほとんど依存せず、その強度のみに依存することがわかった。これにより、多重内殻電離X線が高輝度短パルスX線源の強度測定に利用できる可能性があることを示した。
)及びCaCO結晶の後方誘導ラマン散乱によるパルス圧縮/増幅特性出来 恭一*; 松岡 史哲*; 鄭 和翊*; 有澤 孝
レーザー研究, 31(12), p.854 - 859, 2003/12
硝酸バリウム,カルサイトの2種の利得係数の大きく異なるラマン結晶を用いて後方ラマン光発生とそれに伴うパルス圧縮、及び増幅の基礎特性を実験的に調べた。硝酸バリウム結晶では15倍のパルス圧縮比と50%以上のストークス光の反射率を達成した。また、後方ストークス光発生時、主パルスに引き続く第2パルスが広い条件下で発生することを見いだし、かつこの第2パルスはラマン発生用結晶配置の調整により制御可能であること、またラマン増幅器においては、ポンプ光と入力光の出会いのタイミングの調節によって主パルスのみを選択的に増幅でき、第2パルスが無視できる程度にその相対強度比を低め得ることも実験的に明らかにした。以上より、複雑,高価なCPA方式を用いない、簡便な手段により小型,低価格の短パルス(数十ピコ秒)レーザーの実現が可能であることを実験的に示すことができた。
大道 博行
レーザー研究, 31(11), p.696 - 697, 2003/11
本小特集では、超短パルス超高強度レーザーと物質との相互作用に関し、電離,プラズマへのレーザーエネルギーの変換,電子加熱,プラズマからの粒子,X線の放射等について順を追って解説している。超ペタワットレーザーの拓く相対論の世界と題する解説では、相対論的レーザープラズマの中で、電子のみでなく陽子も相対論効果が顕著になる10
W/cm以上のレーザー強度のプラズマ物理について論じている。実験室宇宙物理学と題する解説では、繰り返し超短パルス高強度レーザーの特徴を活かした研究テーマを検討する。このようなレーザーによる照射で生じる固体密度プラズマを用いた極限物性状態について論じている。超強磁場生成等超高強度レーザー生成プラズマ中でおこる現象と天体現象との関連を論じている。このほか産業利用に向けた取り組みを紹介し、小特集の位置づけを行っている。
大道 博行
レーザー研究, 31(11), p.698 - 706, 2003/11
現在、集光レーザー光強度10
W/cmが達成されておりターゲット照射実験が活発に行われている。レーザーパルス幅を10フェムト秒程度にすることができれば、エネルギー1J程度で強度10W/cmが達成可能である。このレーザーのコヒーレントエネルギーがプラズマ中の電子の相対論的運動エネルギーに変換される過程を論文中で詳しく紹介している。この変換過程はレーザーのコヒーレンスを物質中のコヒーレントエネルギーに変換する過程とも解釈でき、電子はレーザー光伝播方向に集団加速される。発生する高エネルギーイオン,X線等にも指向性が生じる。相互作用を工夫するとエネルギー領域のスペクトルを狭くすることも可能であるとのシミュレーション結果もあり、アイデアを先鋭化させる必要がある。これらの結果は基礎科学に大きく貢献するのみならず、小型高繰り返し運転に支えられた産業利用への発展も示している。
山川 考一; 青山 誠; 赤羽 温; Ma, J.; 井上 典洋*; 上田 英樹; 桐山 博光
レーザー研究, 30(12), p.747 - 748, 2002/12
われわれは、高強度場科学と呼ばれる新しい光量子科学分野におけるさまざまな基礎・応用研究を目的に、極短パルス・超高ピーク出力Tキューブレーザーの開発を進めている。本論文では新たに開発に成功したピーク出力550TW,パルス幅33fsのチタンサファイアレーザーシステムを中心に、Tキューブレーザー開発において最も重要となる極短パルス(パルス幅
10fs)レーザー光の増幅過程におけるレーザー制御技術及び大口径チタンサファイア増幅器における寄生発振制御,高効率増幅技術について述べる。
永井 良治; 羽島 良一; 沢村 勝; 西森 信行; 菊澤 信宏; 峰原 英介
Proceedings of 27th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.264 - 266, 2002/08
日本原子力研究所では超伝導リニアック駆動型の遠赤外線自由電子レーザーを用いて完全同期発振により超短光パルスの発生に成功している。この光パルスの形状をchirped-sech パルスであると仮定し、計測で得られた2次のオートコリレーション干渉波形からチャープパラメータを求めた。また、1次元の数値シミュレーションからも光パルスのチャープパラメータを求め計測結果と比較した。その結果、計測とシミュレーションそれぞれから算出したチャープパラメータはよく一致しており、自由電子レーザーで得られた超短光パルスはダウンチャープしていることがわかった。
永井 良治; 羽島 良一; 西森 信行; 菊澤 信宏; 沢村 勝; 峰原 英介
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 483(1-2), p.129 - 133, 2002/05
被引用回数：7 パーセンタイル：44.29(Instruments & Instrumentation)原研遠赤外自由電子レーザーにおいて高強度極短パルスを発生した。光共振器長を電子バンチ繰り返しと完全に同期した時に最も短く強度の強いパルスを得ることができ波長22.5ミクロンでパルス幅は250fsであった。これは光のサイクルの約3.7周期に相当し、数値計算の結果とよく一致している。FELパルスのエネルギーは100
Jに達した。2次のオートコリレーションによるパルス幅の計測には厚さ2mmのTe結晶を用いた。光共振器長と電子バンチ繰り返しの同期をずらしていくとサブパルスが現れてくるが、このサブパルスの現れ方も計算結果とよく一致していた。
羽島 良一; 西森 信行; 永井 良治; 峰原 英介
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 483(1-2), p.113 - 118, 2002/05
被引用回数：8 パーセンタイル：47.85(Instruments & Instrumentation)ゲインの十分大きなFEL発振器では、電子バンチと光パルスの完全同期状態で高効率・超短パルスの発生が可能であることが原研FELで実証された。原研FELで行なった実験では、従来の理論で示されている短バンチFEL発振器の効率に関するスケーリング則を超えた高い効率が得られ、また、この時の光パルスは4サイクル以下の超短パルスであった。これらの実験結果は数値解析の結果とよく一致しており、「持続的なスーパーラディアンス発振」とよぶべき新しい発振形態であると考えられる。
