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報告書

日本原子力研究開発機構量子ビーム応用研究部門第16回光量子科学研究シンポジウム論文集; 2015年10月15日$$sim$$16日,京都府木津川市

光量子科学研究シンポジウム事務局

JAEA-Conf 2016-001, 53 Pages, 2016/03

JAEA-Conf-2016-001.pdf:6.17MB

平成27年10月15日-16日の2日間にわたり「第16回光量子科学研究シンポジウム」を関西光科学研究所木津地区において開催した。本プロシーディング集にはそこで行われた講演およびポスター発表のうちから、プロシーディングとして投稿されたものを収録している。

論文

Revealing the second harmonic generation in a femtosecond laser-driven cluster-based plasma by analyzing shapes of Ar XVII spectral lines

Oks, E.*; Dalimier, E.*; Faenov, A.*; Pikuz, T.*; 福田 祐仁; Andreev, A.*; Koga, J. K.; 榊 泰直; 小瀧 秀行; Pirozhkov, A. S.; et al.

Optics Express (Internet), 23(25), p.31991 - 32005, 2015/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.57(Optics)

フェムト秒高強度レーザーをアルゴンクラスターターゲットに照射して生成したプラズマから発生したアルゴンXVIIスペクトルサテライト線のライン形状を詳細に解析することにより、プラズマ中で非線形現象が起こっていることを明らかにし、その結果、照射レーザー光の第二次高調波(SHG)が発生していることを解明した。サテライト線解析の新しい理論を構築し、入射レーザー光の2 %がSHGに変換されていることを明らかにした。この実験結果は、二次元粒子コードを用いたシミュレーション結果とも良い一致を示した。

報告書

薄ディスク型レーザー媒質用多重パス励起モジュールの開発

岡田 大; 圓山 桃子; 越智 義浩; 永島 圭介

JAEA-Technology 2015-029, 29 Pages, 2015/11

JAEA-Technology-2015-029.pdf:11.21MB

関西光科学研究所では、同位体分離の高度化研究用THz波や保障措置・核不拡散の問題解決が期待される核種分析用$$gamma$$線などを発生させるための光源として、高強度・高繰り返し短パルスレーザーシステムの開発を行っている。このようなレーザー利用研究においては、安定かつ高平均出力レーザー装置が必要不可欠である。我々は蓄積エネルギーが高く、熱伝導率の大きいYb:YAGセラミックスをレーザー媒質に選定し、レーザー媒質の形状として熱効果や熱破壊を抑制することが期待できる薄ディスク形状に着目して、薄ディスク型のYb:YAGレーザーシステムの開発を行っている。薄ディスク形状のレーザー増幅器には、数100$$mu$$mオーダーの薄い媒質を使用するため、十分な励起光を吸収させるには励起光の多重パス光学系が必要であり、かつ構築するレーザー性能仕様に合わせた励起プロファイルとスポット径を得うる制御性も求められる。レーザー量子制御研究グループでは、市販の光学素子と精密ステージを組み合わせた薄ディスク型レーザー媒質用多重パス励起モジュールを設計製作し、励起プロファイルとスポット径が制御可能なレンズ群の設計と、励起モジュールを用いたレーザー発振特性を評価したので報告する。

論文

Polarization of amplified spontaneous emission in a plasma active medium

Kim, C. M.*; Steil, H.*; Matou$v{s}$, B.*; 錦野 将元; 長谷川 登; 河内 哲哉; Tran, K. A.*; Janulewicz, K. A.*

Physical Review A, 92(4), p.043807_1 - 043807_7, 2015/10

AA2015-0690.pdf:0.77MB

 被引用回数:3 パーセンタイル:68.08(Optics)

過渡利得方式のニッケル様銀レーザーの偏光を測定した。偏光選択性を予め校正した多層膜ビームスプリッターを用いて、二つの偏光成分(sおよびp偏光)のエネルギーを決定し、その結果、ショットごとにふらつきはあるものの、明確に偏光していることを見出した。強い偏光成分は、励起レーザー光を強くすることでs偏光からp偏光に代わることも見出した。実験結果をマクスウェル=ブロッホ方程式を用いた数値計算との比較により議論された。

報告書

日本原子力研究開発機構量子ビーム応用研究部門第15回光量子科学研究シンポジウム論文集; 2014年11月13日$$sim$$14日,京都府木津川市

光量子科学研究シンポジウム事務局

JAEA-Conf 2015-001, 93 Pages, 2015/07

JAEA-Conf-2015-001.pdf:27.43MB

平成26年11月13日$$sim$$14日の2日間にわたり「第15回光量子科学研究シンポジウム」を関西光科学研究所木津地区において開催した。本プロシーディング集にはそこで行われた講演およびポスター発表のうちから、プロシーディングとして投稿されたものを収録している。

論文

Direct observation of the pulse width of an ultrashort electron beam

小瀧 秀行; 川瀬 啓悟*; 林 由紀雄; 森 道昭; 神門 正城; Koga, J. K.; Bulanov, S. V.

Journal of the Physical Society of Japan, 84(7), p.074501_1 - 074501_5, 2015/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:50.01(Physics, Multidisciplinary)

Laser wakefield acceleration has the possibility to generate an ultrashort electron beam of the order of femtoseconds or less. Generation of ultrashort pulses is a key to exploring the dynamical behavior of matter on ever-shorter timescales. We found that the profile of the electron beam was manipulated by rotating the laser polarization. The electron beam is in the laser field, which oscillates the electron beam. From electron oscillations in the image of the electron energy distribution, the electron beam pulse width is estimated to be 1.7 fs (rms). The peak current is 10 kA.

論文

原子分子クラスターと強光子場

福田 祐仁

強光子場の化学, p.116 - 122, 2015/03

クラスターと強光子場との相互作用について、これまで世界で行われてきた研究をレビューし、関西光科学研究所で実施しているクラスターから生成する相対論プラズマを用いたイオン加速に関する研究を中心に、レーザー駆動イオン加速研究について紹介した。

論文

Acceleration of highly charged GeV Fe ions from a low-Z substrate by intense femtosecond laser

西内 満美子; 榊 泰直; Esirkepov, T. Z.; 西尾 勝久; Pikuz, T.*; Faenov, A.*; Skobelev, I. Yu.*; Orlandi, R.; 佐甲 博之; Pirozhkov, A. S.; et al.

Physics of Plasmas, 22(3), p.033107_1 - 033107_8, 2015/03

 被引用回数:38 パーセンタイル:1.6(Physics, Fluids & Plasmas)

200TWの超高強度レーザーパルスをミクロンメートルのアルミの薄膜に鉄の不純物を混ぜたターゲットに照射することで、ほぼフルストリップに近い鉄のイオンが0.9GeVで加速された。低エミッタンスで、重いイオンのビームが高いQ/Mで得られることは、いろいろな分野への応用が考えられ、例えば、既存加速器技術との融合によってコンパクトなRIイオン源の開発が考えられる。

論文

Efficient selenium(IV) detection and removal from water by tailor-made novel conjugate adsorbent

Awual, M. R.; Hasan, M. M.*; Khaleque, M. A.*

Sensors and Actuators B; Chemical, 209, p.194 - 202, 2015/03

 被引用回数:91 パーセンタイル:0.47(Chemistry, Analytical)

Selenium occurs naturally in the environment and is toxic at elevated concentrations, which has been a challenging issue for environmental scientists. This work was devoted to the detection and removal the selenium (Se(IV)) from aqueous solutions using organic ligand an immobilized conjugate adsorbent. The organic ligand of (3-(3-(methoxycarbonyl) benzylidene)hydrazinyl) benzoic acid was synthesized and indirectly immobilized onto the mesoporous silica. The adsorbent was applied to detect and remove Se(IV) in aqueous solutions at optimum conditions. This adsorbent exhibited high surface area-to-volume ratios and pores were uniform nanostructures.

論文

High-contrast, high-intensity petawatt-class laser and applications

桐山 博光; 森 道昭; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 今 亮; Esirkepov, T. Z.; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; 金崎 真聡*; et al.

IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 21(1), p.1601118_1 - 1601118_18, 2015/01

 被引用回数:40 パーセンタイル:2.13(Engineering, Electrical & Electronic)

原子力機構で開発を進めているペタワット級超高強度レーザーシステム(J-KARENレーザーシステム)の詳細な設計、動作特性、及び将来計画についての報告を招待論文(Invited paper)として行う。また、高い制御性を有する本レーザーシステムによる代表的な成果として、粒子加速、高輝度X線発生などの研究成果についても報告を行う。

論文

High order harmonics from relativistic electron spikes

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Faenov, A. Y.*; Pikuz, T. A.*; 河内 哲哉; 匂坂 明人; Koga, J. K.; 森 道昭; 川瀬 啓悟*; et al.

RAL-TR-2015-025, P. 22, 2015/00

We provide a description of experiments performed with the J-KAREN and Astra Gemini lasers where we discovered a new regime of relativistic high-order harmonic generation by multi-terawatt femtosecond lasers in gas targets. The results were explained using particle-in-cell simulations and catastrophe theory. Our work paves the way towards a bright coherent X-ray source based on compact lasers and accessible, repetitive, and debris-free gas jet targets. Such a source will be crucial for fundamental research and numerous applications requiring pumping, probing, imaging of microscopic objects and for attosecond science.

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

 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。

報告書

日本原子力研究開発機構量子ビーム応用研究部門第14回光量子科学研究シンポジウム論文集; 2013年11月14日$$sim$$15日, 京都府木津川市

光量子科学研究シンポジウム事務局

JAEA-Conf 2014-001, 90 Pages, 2014/09

JAEA-Conf-2014-001.pdf:39.21MB

平成25年11月14日-15日の2日間にわたり関西光科学研究所木津地区において開催した「第14回 光量子科学研究シンポジウム」における量子ビーム応用研究部門木津地区、及び共同研究者による光量子科学研究に係る講演およびポスター発表のプロシーディングを収録している。

論文

High order harmonics from relativistic electron spikes

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Gallegos, P.*; Ahmed, H.*; Ragozin, E. N.*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T. A.*; 河内 哲哉; 匂坂 明人; et al.

New Journal of Physics (Internet), 16(9), p.093003_1 - 093003_30, 2014/09

 被引用回数:15 パーセンタイル:21.56(Physics, Multidisciplinary)

We present a detailed description of our discovery of a new regime of high-order harmonic generation, including experimental data, simulations, and description of new harmonic generation mechanism. The harmonics are generated by multi-terawatt relativistic-irradiance ($$>$$ 10$$^{18}$$ W/cm$$^2$$) femtosecond ($$approx$$ 30-50 fs) lasers focused to gas jet targets. According to our model, the harmonics are produced by sharp, structurally stable, oscillating electron spikes at the joint of boundaries of wake and bow waves excited by the laser pulse.

論文

光周波数コムが拓く長寿命核分裂生成物の精密同位体分離技術;量子ウォークの数理から放射性廃棄物低減技術へ

横山 啓一; 松岡 雷士*

日本原子力学会誌, 56(8), p.525 - 528, 2014/08

長寿命核分裂生成物のセシウムの同位体分離に関する背景と理論、実現性、関西光科学研究所における研究活動内容を紹介する。

論文

レーザー駆動量子ビーム科学推進のための超短パルス・高強度レーザー技術の高度化

桐山 博光; 神門 正城

プラズマ・核融合学会誌, 90(8), p.449 - 455, 2014/08

日本原子力研究開発機構量子ビーム応用研究部門では、ペタワット(PW=$$10^{15}$$W)級の極めて高いピーク出力を有するフェムト秒(fs=$$10^{-15}$$s)レーザーの開発とそれらを用いたレーザー駆動量子ビーム源の開発を行っている。本論文では、超高強度レーザーの増幅技術、時間・空間制御技術を述べるとともに、既に開始されている本超高強度レーザーのアップグレードに関しても簡単に触れる。また、新たなレーザー駆動量子ビーム科学研究領域の開拓を目指し、これらの超高強度レーザーを用いた利用研究の現状や将来展望についても紹介する。

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

High power laser developments with femtosecond to nanosecond pulse durations for laser shock science and engineering

桐山 博光; 森 道昭; 鈴木 将之*; 大東 出*; 岡田 大; 越智 義浩; 田中 桃子; 佐藤 方俊*; 玉置 善紀*; 吉井 健裕*; et al.

レーザー研究, 42(6), p.441 - 447, 2014/06

原子力機構で開発している、(1)フェムト秒超高強度レーザーとしてOPCPA/Ti:sapphireハイブリッドレーザー、(2)ピコ秒高強度レーザーとしてOPCPA/Yb:YAGハイブリッドレーザー、(3)ナノ秒高平均出力レーザーとして半導体レーザー励起Nd:YAGレーザーについて、それらの構成及び動作特性について紹介する。

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

Minimum condition of target gas material at an ionization-stage control scheme in a laser-plasma electron acceleration

森 道昭; 神門 正城; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 桐山 博光; 岡田 大; Pirozhkov, A. S.; Bulanov, S. V.; 近藤 公伯; Bolton, P.

JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.015094_1 - 015094_6, 2014/03

レーザープラズマ電子加速のイオン化ステージ制御法における電子線発生において適切、もしくは不適切なガスターゲットについて報告する。4TW・40fsのピーク出力及びパルス幅のレーザーをビームは、9$$times$$10$$^{17}$$W/cm$$^{2}$$の強度でターゲットに照射した。実験では、ネオンとアルゴンを用いてこの電子線生成の調査を行った。アルゴンターゲットにおいて、高エネルギー電子線は5$$times$$10$$^{18}$$cm$$^{-3}$$の中性ガス密度の閾値で観測した。一方、ネオンでは中性ガス密度を5$$times$$10$$^{18}$$cm$$^{-3}$$から5$$times$$10$$^{19}$$cm$$^{-3}$$までスキャンしたものの、顕著な高エネルギー電子($$>$$1MeV, $$<$$1pC)は観測されなかった。この結果を考察するために光プローブを用いて励起レーザーの挙動を調査した。その結果、特にアルゴンターゲットで観察した強力なレーザー・チャンネルの構造が、ネオンにおいて生じていないことを確認した。さらに、光線追跡計算から、イオン化のスロープ部分での屈折効果によって相対論的自己収束が妨げられていることがわかった。

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