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論文

Demonstration of heat resistant fiber Bragg grating sensors based on femtosecond laser processing for vibration monitoring and temperature change

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:100(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$$^{circ}$$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。

論文

New instrumentation using a heat resistant FBG sensor installed by laser cladding

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。

論文

時間分解型CARS法による固体内分子振動緩和の研究

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。

論文

Vibrational dissipation and dephasing of I$$_{2}$$(v = 1-19) in solid Kr

Karavitis, 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:28 パーセンタイル:29.27(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。

論文

「超短パルス超高強度レーザーが拓く科学と技術」解説小特集号によせて

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$$^{24}$$W/cm$$^{2}$$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。

論文

超短パルス超高強度レーザーと物質との相互作用

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$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$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10$$^{20}$$W/cm$$^{2}$$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。

論文

超短パルス自由電子レーザー光のチャープの評価

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。

論文

High-efficiency ultrashort pulse generation in a high-gain FEL oscillator near the perfect synchronism

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:6 パーセンタイル:57.76(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。

論文

過渡的衝突励起方式によるX線レーザー開発

永島 圭介; 河内 哲哉; 加道 雅孝; 田中 桃子; 長谷川 登; 助川 鋼太*; 難波 慎一; Tang, H.; 大道 博行; 加藤 義章

プラズマ・核融合学会誌, 78(3), p.248 - 255, 2002/03

超短パルスレーザーシステムを励起光源に用いて過渡的衝突励起方式による小型のX線レーザー開発を行っている。励起レーザー光はチタン,銀,スズといった金属ターゲット上に直線状に集光している。これにより、32.6nm(チタン),13.9nm(銀),11.9nm(スズ)の波長でX線レーザーの発振に成功している。さらに、こうしたX線レーザーの空間コヒーレンスを向上させるために高コヒーレントシード光の増幅実験を計画している。

論文

Progress in X-ray laser development at JAERI

加藤 義章; 大道 博行; 永島 圭介; 河内 哲哉; 長谷川 登; 田中 桃子; Tang, H.; Tai, R.; Lu, P.; 岸本 牧; et al.

AIP Conference Proceedings 641, p.31 - 39, 2002/00

光量子科学研究センターにおけるX線レーザー開発の最新の成果を報告する。X線レーザー研究専用装置として開発したコビーム,1ps Nd:ガラスレーザーを用い、進行波励起によりNi様銀イオンで13.9nmにおいて、また同すずイオンにより12.0nmにおいて、飽和増幅を得ることに成功した。さらに、Ni様ランタンイオンで8.8nm,気体アルゴンターゲットで46.9nm,同キセノンで9.98nmでの高利得増幅を観測した。プラズマ増幅器への注入増幅による高コヒーレントX線レーザー光の生成の計画を報告するとともに、新たに開発した340TWチタンサファイアレーザーによる内殻イオン化X線レーザーの研究について述べる。

論文

Numerical study of laser wake field generated by two colliding laser beams

永島 圭介; Koga, J. K.; 神門 正城

Physical Review E, 64(6), p.066403_1 - 066403_4, 2001/12

 被引用回数:11 パーセンタイル:49.31(Physics, Fluids & Plasmas)

対向する2つのレーザービームにより生成されたレーザー航跡場について数値計算により調べた。通常の単一の超短パルスレーザーを用いた場合のレーザー航跡場に比べると、対向する長パルスのレーザーがある場合には航跡場強度が桁違いに増大することがわかった。この場合、2つのレーザーの周波数にある程度の差が必要である。レーザー強度を増やすと比例して航跡場強度も増大し、プラズマ波の崩壊限界以下で飽和することを明らかにした。さらに、この飽和領域での航跡場の詳細について調べた。

論文

The Gain distribution of the transient collisional excited X-ray lasers

佐々木 明; 内海 隆行*; 森林 健悟; 加道 雅孝; 田中 桃子; 長谷川 登; 河内 哲哉; 大道 博行

Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 71(2-6), p.665 - 674, 2001/10

 被引用回数:9 パーセンタイル:52(Optics)

プラズマ流体コードと原子過程コードを用い、過渡利得型電子衝突X線レーザーの利得分布を解析する。原子過程コードは、Ni様イオンの詳細なエネルギー準位構造と衝突、輻射過程のレート係数をHULLACコードで計算し、またレベル構造を平均化する手法でPd様からAr様までのイオンを考慮して広いプラズマ温度、密度の範囲で計算できるようにした。計算と実験の結果を解析し、予備生成したプラズマの臨界密度面付近が急激に加熱、電離されて利得が生成することを示す。また4-3遷移の発光の分布から、プラズマのイオン化状態を解析する。さらに薄膜ターゲットを短パルスレーザーで励起すると、熱伝導などによるエネルギーの損失が少なく高温度が得られるので高利得が得られことを示す。内殻励起状態の電離過程のモデリングの改善、原子レベル構造をオプジェクト指向の手法で記述するプログラミングの改良についても述べる。

論文

Observation of MeV multicharged ions and hot electrons accelerated by a 65-fs laser pulse

Auguste, T.*; Faenov, A. Y.*; 福本 一郎; Hulin, S.*; Magunov, A. I.*; Monot, P.*; D'Oliveira, P.*; Pikuz, T. A.*; 佐々木 明; Sharkov, B. Y.*; et al.

Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 71(2-6), p.147 - 156, 2001/10

 被引用回数:14 パーセンタイル:40.11(Optics)

フェムト秒パルスレーザー照射による高速電子、高速イオンの発生実験を行い、その結果をPICシミュレーションと比較した。実験では、プラズマ中の多価イオンの線スペクトルのドップラーシフトからイオンの速度分布関数を測定し、イオンを加速している電子の分布関数を推定するとともに、電子分光計測により高速電子の分布関数を直接測定した。これらの結果を解析したところ、PICシミュレーションはレーザー・プラズマ相互作用の物理的特徴をよく再現し、実験解析に有用なことがわかった。また、超短パルスレーザー照射で生成したプラズマ中では、電子はアクセル分布とは大きく異なる過渡的なエネルギー分布を持つことがわかった。

論文

Analyses of the short pulse laser pumped transient collisional excited X-ray lasers

佐々木 明; 内海 隆行*; 森林 健悟; Zhidkov, A. G.; 加道 雅孝; 田中 桃子; 長谷川 登; 河内 哲哉

Journal de Physique, IV, 11(Pr2), p.Pr2_75 - Pr2_78, 2001/07

現在70~350Åの波長域でレーザー発振が得られている過渡利得型電子衝突励起X線レーザーの理論的・実験的解析を行っている。われわれはプラズマ流体コードと組み合わせて媒質プラズマの特性、イオン比やX線レーザー利得を求めるため、HULLACコードの原子データを用いた原子過程コードを開発した。そして、プリ・メインパルスの強度、パルス幅の種々の励起条件の検討を行った。メインパルスは強度が大きい程電離や励起に有利であるが、パルス幅の下限は電離に要する時間で制限される。高強度のプリパルスを用いあらかじめNi様イオンを生成することは利得の生成に有利であり、特に薄膜ターゲットを用いると電離が効率的に起こることと膨張がより速く再結合が抑制される利点をもつ可能性がある。これらをもとに最適な励起条件について議論する。

論文

X線レーザーの技術動向

加藤 義章

光学, 29(5), p.279 - 286, 2001/05

X線はさまざまの分野で広く利用されてきた。最近は高輝度X線源への期待が高まっている。X線レーザーは、指向性がよく、パルス幅が短く、輝度の高い、コヒーレントなX線ビームであり、干渉計測や位相差顕微測定,動的変化現象の高時間分解観測等、多様な応用が考えられる。本稿では、X線レーザー開発に関する最近の技術動向を、わが国における活動に重点をおいて解説する。

論文

High energy electron acceleration by high peak power laser

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$$sim$$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。

論文

高速Zピンチを用いた高強度超短パルスレーザーのガイディング

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100$$mu$$m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40$$mu$$m,集光強度$$>$$1$$times$$10$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$)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。

論文

Emission of MeV multiple-charged ions from a metallic foils irradiated with an ultrashort laser pulse

Zhidkov, A.*; 佐々木 明; 田島 俊樹*

Physical Review E, 61(3), p.R2224 - R2227, 2000/03

 被引用回数:43 パーセンタイル:15.05(Physics, Fluids & Plasmas)

p偏光、強度10$$^{16}$$~10$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$、パルス幅1psの斜め入射短パルスレーザーで薄膜ターゲットを照射する方式に基づく、高エネルギーイオン(1MeV以上)が効果的に発生される条件を新たに明らかにした。衝突過程をランジュバン方程式で考慮し、原子過程を組みこんだPICコードで解析を行い、プラズマのスケール長が$$lambda$$$$_{L}$$/10程度になることでレーザー光が効率的に共鳴吸収で吸収され多量の高速電子を生成すること、これによってプラズマの膨張が駆動されるとともに、表面に電荷分離による強い静電場が生じることを明らかにした。さらに電子衝突電離によって多価電離状態となった媒質イオンが1MeVを超えるエネルギーまで加速されること、入射レーザー光の高エネルギーイオンへのエネルギー変換効率が10%に及ぶことを明らかにした。

論文

Energetic-multiple-charged-ion sources on short-laser-pulse irradiated foils

Zhidkov, A. G.; 佐々木 明; 田島 俊樹*

Review of Scientific Instruments, 71(2), p.931 - 934, 2000/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:45.54(Instruments & Instrumentation)

短パルスレーザー照射薄膜のMeVエネルギーの領域のイオン源としての有用性をシミュレーションにより明らかにした。衝突過程を含み、原子過程を組み込んだPICコードを用いた解析により、斜め入射、強度10$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$、1psのレーザーで薄膜を照射すると、レーザー光が共鳴吸収で効率的に吸収されるとともに、OFIや衝突電離による多価イオンの生成と、表面に生成する強い加速電界に駆動されたプラズマの高速な膨張が起こり、イオンが加速されることを明らかにした。イオンの最高エネルギーは高速電子のエネルギーと価数の積で決まり1MeV以上である。本方式は、イオン加速器や、テーブルトップサイズの装置で核物理実験を行うためのイオン源として有用と考えられる。フェムト秒レーザーで照射された固体ターゲットから放出される高速イオンのスペクトルの解析を行った結果についても議論する。

論文

Direct spectroscopic observation of multiple-charged-ion acceleration by an intense femtosecond-pulse laser

Zhidkov, A. G.*; 佐々木 明; 田島 俊樹*; T.Auguste*; P.D'Olivera*; S.Hulin*; P.Monot*; A.Y.Faenov*; T.A.Pikuz*; I.Y.Skoblev*

Physical Review E, 60(3), p.3273 - 3278, 1999/09

 被引用回数:61 パーセンタイル:9.87(Physics, Fluids & Plasmas)

原研では、超短パルスレーザー光を固体ターゲットに照射すると100keV以上の高速電子が発生し、これがプラズマ表面に作る強い電界によってプラズマの膨張が駆動され高速イオンが生成することを、理論、PICシミュレーションによって示したが、フランスCEA-CDS,DRECAMのグループは10$$^{18}$$W/cm$$^{2}$$、60fsのレーザー光でテフロンターゲットを照射し、表面から放出された高速イオンの放出するX線スペクトルのドップラーシフトを観測し、イオンの加速を実験的に確認した。観測されたスペクトルの形状は、PICシミュレーションから求められたイオンの速度分布による計算値と良く一致した。これによりシミュレーションの正当性が確認された。本方法はエネルギー1MeV程度の高速イオンの効率的な生成法として有望ではないかと考えられる。

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