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レーザー加速電子顕微鏡による超短パルスレーザーと物質の相互作用の超高速診断

Research Project

Project/Area Number 11J00853
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Plasma science
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

中新 信彦  大阪大学, 光科学センター, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2011 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2013: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2012: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2011: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywordsレーザー航跡場加速 / 多段レーザー航跡加速 / 超高速電子線回折 / 電子線輸送 / 電子ラジオグラフィー / レーザープラズマ加速 / 超高速電子顕微鏡
Research Abstract

レーザー航跡場から発生する電子バンチはフェムト秒オーダーの時間幅で、大電荷、低エミッタンスといった特徴を持っており、超高速イメージングなど様々な応用研究に期待される。本研究課題では実用性のある高品質なレーザー駆動電子源を開発し、超短パルスレーザーと物質の相互作用における電磁場や物質の状態の高速な時間変化を捉え、その詳細な物理の解明を目指す。
前年度はレーザー航跡場加速で発生した極短の電子バンチを用いて、超短パルスレーザーと固体との相互作用で発生する強磁場の時間変化を観測し、ピコ秒オーダーで高速に変化する現象を捉えることに成功した。また、超高速電子線回折をめざしたレーザー加速電子源の安定化・高品質化を行ってきた。
今年度は昨年度に引き続きレーザー加速電子源の安定化・高品質化を行った。電子ビームの指向性と安定性を向上させるプラズママイクロオプティクスを制御する磁気回路をガスジェットターゲットから独立化し、ガスジェットの振動を磁気回路に伝えないようにすることで、約10mradの発散角を持つビーム(プラズマ背景電子を含む電荷量~2nC)のポインティングのふらつきを0.5mrad以下抑え、レーザー加速器における世界最高レベルの安定性を実現した。さらにエネルギー単色化のための100GV/mの加速勾配を持つ位相回転用長尺航跡場の励起に成功し、その方向制御にも成功した。今後、安定した電子ビームをこの長尺航跡場に乗せ、エネルギーの単色化を図る。
その一方で、従来の加速器のビームオプティクスを用いて電子のエネルギー選別と超高速電子線回折のための電子ビームの収束を行う輸送系の開発を行った。この輸送系は四極磁石とエネルギー選別用のピンホールで構成され、実際にレーザー加速からの5MeV付近のエネルギーを持つ電子をこの四極磁石によって収束させることに成功し、超高速電子線回折への目処を立てることができた。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(3 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (51 results)

All 2014 2013 2012 2011

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (44 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Investigation of fast-electron-induced K-alpha x rays in laser-produced blow-off plasma2014

    • Author(s)
      H. Sawada, M. S. Wei, S. Chawla, A. Morace, K. Akli, T. Yabuuchi, N. Nakanii, M. H. Key, P. K. Patel, A. J. Mackinnon, H. S. McLean, R. B. Stephens, and F. N. Begs
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 89 Pages: 33105-33105

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    • Journal Title

      JPS Conference Series

      Volume: 1 Pages: 0150921-4

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    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 110 Pages: 15003-15003

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      Y. Mizuta, T. Hosokai, S. Masuda, A. Zhidkov, K. Makito, N. Nakanii. S. Kajino, A. Nishida, M. Kando, M. Mori, H. Kotaki, Y. Hayashi, S. V. Bulanov, and R. Kodama
    • Journal Title

      Physical Review Special Topics - Accelerators and Beams

      Volume: 15 Issue: 12 Pages: 121301-121301

    • DOI

      10.1103/physrevstab.15.121301

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    • Journal Title

      Plasma Physics and Controlled Fusion

      Volume: 54 Issue: 12 Pages: 124049-124049

    • DOI

      10.1088/0741-3335/54/12/124049

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      中新信彦, 益田伸一, 細貝知直
    • Journal Title

      レーザー研究

      Volume: 40 Pages: 819-819

    • NAID

      10031127746

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      細貝知直、益田伸一、中新信彦、ジドコフアレクセイ、金展、水田好雄、中原弘貴、岩佐健太、竹口直輝、幸原朋広、末田敬一、神門正城、佐野智一、荒河一渡、兒玉了祐
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      日本物理学会第69回年次大会
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      東海大学(神奈川)
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      日本物理学会第69回年次大会
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      日本物理学会第69回年次大会
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      水田好雄、細貝知直、益田伸一、ジドコフアレクセイ、中新信彦、中原弘貴、幸原朋広、岩佐健太、竹口直輝、金展、末田敬一、森道昭、神門正城、小瀧秀行、ブラノフセルゲイ、兒玉了祐
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      日本物理学会第69回年次大会
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      東海大学(神奈川)
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      2014-03-28
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      益田伸一、中新信彦、細貝知直、ジドコフアレクセイ、金展、水田好雄、中原弘貴、岩佐健太、竹口直輝、幸原朋広、末田敬一、神門正城、佐野智一、荒河一渡、兒玉了祐
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
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      東海大学(神奈川)
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      2014-03-28
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  • [Presentation] ステージングレーザー航跡場加速による電子ビームの輸送系に関する研究2014

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      竹口直輝、細貝知直、益田伸一、中新信彦、ジドコフアレクセイ、水田好雄、中原弘貴、幸原朋広、岩佐健太、金展、末田敬一、神門正城、ブラノフセルゲイ、吉田光宏、兒玉了祐
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      日本物理学会第69回年次大会
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      東海大学(神奈川)
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      2014-03-28
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      水田好雄、細貝知直、中新信彦、益田伸一、ジドコフアレクセイ、金展、末田敬一、中原弘貴、幸原朋広、岩佐健太、竹口直輝、森道昭、神門正城、兒玉了祐
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      平成25年度レーザー産業創成とプラズマ加速に関する研究会
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      光産業創成大学院大学(静岡)
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      2014-01-14
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      2013 Annual Research Report
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      T. Kohara, T Hosokai, S. Masuda , N. Nakanii, Y. Mizuta, H. Naka hara, K. Iwasa, A. Zhidkov, Z. Jin , K. Sueda, M. Mori, M. Kando, H. Kotaki, S. V. Bulanov, N. C. Pathak, and R. Kodama
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      The 14th Advanced Photon Research Symposium
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      Nara, Japan
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      Yoshio Mizuta, Tomonao Hosokai, Shin-ichi Masuda, Nobuhiko Nakanii, Alexei Zhidkov, Hiroki Nakahara, Tomohiro Kohara, Kenta Iwasa, Naoki Takeguti , Tomokazu Sano, Kazuto Arakawa, Masaki Kando, S. V. Bulanov, and Ryosuke Kodama
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      The 14th Advanced Photon Research Symposium
    • Place of Presentation
      Nara, Japan
    • Year and Date
      2013-11-15
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    • Author(s)
      中新信彦、細貝知直、益田伸一、Alexei Zhidkov、水田好雄、中原弘貴、幸原朋広、岩佐健太、神門正城、小瀧秀行、森道明、Sergei Bulanov、山崎淳、佐野智一、荒河一渡、兒玉了祐
    • Organizer
      第2回新奇加速ワークショップ
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      中新 信彦、細貝 知直、益田 伸一、ジドコフ アレクセイ、水田 好雄、中原 弘貴、岩佐 健太、幸原 朋広、神門 正城、小瀧 秀行、森道 明、ブラノフ セルゲイ、山崎 淳、荒河 一渡、佐野 智一、兒玉 了祐
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      第10回日本加速器学会年会
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      水田好雄、細貝知直、益田伸一、ジドコフアレクセイ、中新信彦、金 展、中原弘貴、幸原朋広、岩佐健太、神門正城、ブラノブセルゲイ、兒玉了祐
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      第10回日本加速器学会年会
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      N. Nakanii, T. Hosokai, S. Masuda, A. G. Zhidkov, Z. Jin, Y. Mizuta, H. Nakahara, T. Kohara, K. Iwasa, M. Kando, H. Kotaki, M. Mori, S. V. Bulanov, A. Yamazaki, T. Sano, K. Arakawa. and R. Kodama
    • Organizer
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    • Place of Presentation
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    • Author(s)
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    • Organizer
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      Yokohama, Japan
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      2013-04-24
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      International Conference on High Energy Densitv Sciences 2013 (HEDS2013)
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      Yokohama, Japan
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      2013-04-24
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    • Organizer
      International Conference on High Energy Density Sciences 2013 (HEDS2013)
    • Place of Presentation
      Yokohama, Japan
    • Year and Date
      2013-04-24
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      水田好雄, 細貝知直, 益田伸一, ジドコフアレクセイ, 中新信彦, 中原弘貴, 幸原朋広, 岩佐健太, 神門正城, ブラノフセルゲイ, 兒玉了祐
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
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      広島大学(広島)
    • Year and Date
      2013-03-26
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      岩佐健太, 細貝知直, 益田伸一, 中新信彦, ジドコフアレクセイ, 水田好雄, 幸原朋広, 中原弘貴, 神門正城, ブラノフセルゲイ, 兒玉了祐
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
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      広島大学(広島)
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      2013-03-26
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  • [Presentation] レーザー航跡場加速における電子ビーム制御に関する研究2013

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      中原弘貴, 細貝知直, 益田伸一, 中新信彦, 水田好雄, ジドコフアレクセイ, 山崎淳, 幸原朋広, 岩佐健太, 兒玉了祐
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学(広島)
    • Year and Date
      2013-03-26
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      日本物理学会第68回年次大会
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      広島大学(広島)
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      2013-03-26
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      平成24年度レーザー核融合・プラズマ粒子加速研究会
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      光産業創成大学院大学(静岡)
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      平成24年度レーザー核融合・プラズマ粒子加速研究会
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      H. Nakahara, T. Hosokai, S. Masuda, N. Nakanii, Y. Mizuta, S. Kajino, K. Makito, A. Zhidkov, M. Kando, S. V. Bulanov, and R. Kodama
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      第13回光量子科学研究シンポジウム
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      日本原子力研究開発機構(京都)
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  • [Presentation] Repeatable electron beam generation driven by staged laser wakefield acceleration ; Towards high-quality electron source for ultra-fast imaging2012

    • Author(s)
      Tomonao Hosokai, Shin-Ichi Masuda, Nobuhiko Nakanii, Alexei Zhidkov, Yoshio Mizuta, Hirotaka Nakahara, Tomohiro Kohara, Kenta Iwasa, Kazuto Arakawa, Tomokazu Sano, Ryosuke Kodama
    • Organizer
      第13回光量子科学研究シンポジウム
    • Place of Presentation
      日本原子力研究開発機構(京都)
    • Year and Date
      2012-11-15
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Repeatablehigh-Qualityelectron Bunch Driven by Staged LWFA ; Towards Single-shot Ultrafast Electron Imaging2012

    • Author(s)
      Tomonao Hosokai, Nobuhiko Nakanii, Shinichi Masuda, Alexei Zhidkov, Yoshio Mizuta, Shohei Kajino, Keigo Makito, Hirotaka Nakahara, Tomohiro Kohara, Atsushi Yamazaki, Kazuto Arakawa, Tomokazu Sano, Ryosuke Kodama
    • Organizer
      International Conference on High Energy Density Sciences 2012 (HEDS2012)
    • Place of Presentation
      Yokohama, Japan
    • Year and Date
      2012-04-27
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Ionization Effects in Interaction of Femtosecond Intense Laser Pulses with Gaseous Targets2012

    • Author(s)
      Alexei Zhidkov, Nobuhiko Nakanii, Shinichi Masuda, Tomonao Hosokai, and Ryosuke Kodama
    • Organizer
      International Conference on High Energy Density Sciences 2012 (HEDS2012)
    • Place of Presentation
      Yokohama, Japan
    • Year and Date
      2012-04-27
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Transient Plasma Micro Optics by artificial laser pre-pulses for Laser WakeField Accelaration2012

    • Author(s)
      Yoshio Mizuta, Akinori Nishida, Shinichi Masuda, Keigo Makito, Shohei Kajino, Nobuhiko Nakanii, Masaki Kando, Michiaki Mori, Hideyuki Kotaki, Yukio Hayashi, Alexei Zhidkov, Sergei Bulanov, Tomonao Hosokai, and Ryosuke Kodama
    • Organizer
      International Conference on High Energy Density Sciences 2012 (HEDS2012)
    • Place of Presentation
      Yokohama, Japan
    • Year and Date
      2012-04-27
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Ponderomotive electron acceleration in vacuum by Laguerre-Gaussian laser pulse2012

    • Author(s)
      S. Masuda, A. Zhidkov, T. Hosokai, N. Nakanii, Y. Mizuta, T. Kohara, H. Nakahara, M. Kando, M. Mori, H. Kotaki, A. Yamazaki, R. Kodama
    • Organizer
      International Conference on High Energy Density Sciences 2012 (HEDS2012)
    • Place of Presentation
      Yokohama, Japan
    • Year and Date
      2012-04-27
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of high-quality electron beam via laser wakefield accelerator towards ultrafast imaging2012

    • Author(s)
      N. Nakanii, T. Hosokai, S. Masuda, A. G. Zhidkov, Z. Jin, Y. Mizuta, A. Nishida, S. Kajino, K. Makito, T. Koh-hara, M. Kando, M. Mori, H. Kotaki, S. Bulanov, A. Yamazaki, T. Sano, K. Arakawa, and R. Kodama
    • Organizer
      International Conference on High Energy Density Sciences 2012 (HEDS2012)
    • Place of Presentation
      Yokohama, Japan
    • Year and Date
      2012-04-27
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Control of Electron Self-Injection by External Magnetic Field in Laser Wakefield Acceleration2012

    • Author(s)
      Hiroki Nakahara, Tomonao Hosokai, Shinichi Masuda, Nobuhiko Nakanii, Yoshio Mizuta, Shohei Kajino, Keigo Makito, Alexei Zhidkov, and Ryosuke Kodama
    • Organizer
      International Conference on High Energy Density Sciences 2012 (HEDS2012)
    • Place of Presentation
      Yokohama, Japan
    • Year and Date
      2012-04-27
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザー加速極短電子バンチを用いた高強度レーザー固体相互作用中の電磁場の高速時間変化観測2012

    • Author(s)
      中新信彦, Chris McGuffey, William Schumaker, 籔内俊毅, Bhooshan S.Paradkar, Mingsheng Wei, 澤田寛, 岡林篤紀, 岩脇智行, 三島陽介, Franklin J.Dollar, Calvin Zulick, Galina Kalintchenko, Vladimir Chvykov, Victor Yanovsky, 細貝知直, 兒玉了祐, Richard B.Stephens, Farhat N.Beg, Alexander G.R.Thomas, Anatoly Maksimchuk, Karl Krushelnick, 羽原英明, 田中和夫
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学(兵庫)
    • Year and Date
      2012-03-27
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザー航跡場生成におけるイオン化の影響2012

    • Author(s)
      牧戸啓悟, ジドコフアレクセイ, 水田好雄, 梶野祥平, 中新信彦, 益田伸一, 細貝知直, 兒玉了祐
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学(兵庫)
    • Year and Date
      2012-03-27
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 電子入射と電子加速を独立に制御する2パルス駆動レーザー航跡場加速2012

    • Author(s)
      細貝知直, 中新信彦, 益田伸一, 水田好雄, 梶野祥平, 牧戸啓悟, 幸原朋広, 山崎淳, 神門正城, 森道昭, 小瀧秀行, ジドコフアレクセイ, 兒玉了祐
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学(兵庫)
    • Year and Date
      2012-03-27
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 高強度レーザープレパルス制御によるプラズママイクロオプティクスの形成とレーザー航跡場加速への利用2012

    • Author(s)
      水田好雄, 益田伸一, 西田明憲, 牧戸啓悟, 梶野祥平, 中新信彦, 神門正城, 森道昭, 小瀧秀行, 林由紀夫, ジドコフアレクセイ, ブラノフセルゲイ, 細貝知直, 兒玉了祐
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学(兵庫)
    • Year and Date
      2012-03-27
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 軸対称偏光レーザーパルスによるポンデロモーティブ電子加速2012

    • Author(s)
      益田伸一, ジドコフアレクセイ, 細貝知直, 中新信彦, 水田好雄, 梶野祥平, 牧戸啓悟, 幸原朋広, 中原弘貴, 神門正城, 森道昭, 小瀧秀行, 山崎淳, 兒玉了祐
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学(兵庫)
    • Year and Date
      2012-03-27
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of high-quality electron beam source via laser wakefield accelerator towards ultrafast imaging(超高速イメージングに向けたレーザー航跡場を用いた高品質電子源開発)2011

    • Author(s)
      Nobuhiko Nakanii, Tomonao Hosokai, Shin-ichi Masuda, Alexei Zhidkov, Zhan Jin, Yoshio Mizuta, Akinori Nishida, Shohei Kajino, Keigo Makito, Tomohiro Kouhara, Masaki Mando, Michiaki Mori, Hideyuki Kotaki, Sergei Bulanov, Atsushi Yamazaki, Tomokazu Sano, Arakawa Kazuto, Ryosuke Kodama
    • Organizer
      Plasma Conference 2011 (PLASMA 2011)
    • Place of Presentation
      石川県音楽堂(石川)
    • Year and Date
      2011-11-24
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Formation of a transient plasma micro optics for laser wakefield acceleration2011

    • Author(s)
      Yoshio, Mizuta, Akinori Nishida, Shin-ichi Masuda, Shohei Kajino, Nobuhiko Nakanii, Keigo Makito, Masaki Kando, Michiaki Mori, Hiroyuki Kotaki, Y.Hayashi, Alexei Zhidkov, Sergei Bulanov, Tomonao Hosokai, Ryosuke Kodama
    • Organizer
      Plasma Conference 2011 (PLASMA 2011)
    • Place of Presentation
      石川県音楽堂(石川)
    • Year and Date
      2011-11-23
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Two-dimensional Particle-in-cell Simulation on Forming Plasma Micro Optics in Laser Wake Field Acceleration2011

    • Author(s)
      Keigo Makito, Alexei Zhidkov, Shin-ichi Masuda, Yoshio Mizuta, Shohei Kajino, Akinori Nishida, Nobuhiko Nakanii, Tomonao Hosokai, Ryosuke Kodama
    • Organizer
      Plasma Conference 2011 (PLASMA 2011)
    • Place of Presentation
      石川県音楽堂(石川)
    • Year and Date
      2011-11-23
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] High quality electron beam generation via laser wakefield acceleration for ultrafast imaging in material sciences2011

    • Author(s)
      Nobuhiko Nakanii, Tomonao Hosokai, Shin-ichi Masuda, Alexei Zhidkov, Zhan Jin, Yoshio Mizuta, Akinori Nishida, Shohei Kajino, Keigo Makito, Tomohiro Kouhara, Masaki Kando, Michiaki Mori, Hideyuki Kotaki, Sergei Bulanov, Atsushi Yamazaki, Kazuto Arakawa, Tomokazu Sano, Ryosuke Kodama
    • Organizer
      3rd International Symposium of Laser-Driven Relativistic Plasmas Applied to Science, Industry, and Medicine
    • Place of Presentation
      日本原子力研究開発機構関西光科学研究所(京都)
    • Year and Date
      2011-06-02
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 電子源、電子ビームパルス出射装置および電子顕微鏡2011

    • Inventor(s)
      細貝知直、中新信彦、益田伸一、Zhidkov Alexei、佐野智一、荒河一渡、兒玉了祐
    • Industrial Property Rights Holder
      大阪大学
    • Industrial Property Number
      2011-247257
    • Filing Date
      2011-11-11
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

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