• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Time-resolved measurements of laser-driven electron clouds and their dynamics

Research Project

Project/Area Number 22K14021
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 14010:Fundamental plasma-related
Research InstitutionNational Institutes for Quantum Science and Technology

Principal Investigator

Kojima Sadaoki  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 量子応用光学研究部, 主任研究員 (40815156)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords高強度レーザー / イオン加速 / ビーム物理 / レーザー駆動イオン加速 / 電子雲 / 超高速計測
Outline of Research at the Start

レーザー駆動イオン加速は高い加速勾配を持ち、その特徴から加速器の大幅な小型化が期待されている。レーザー駆動イオン加速では、レーザーが加速した電子雲が標的裏面に作る強力な分極電場によってイオンを加速する。これらの加速プロセスはわずか数ピコ秒で生じ、その速さ故に、これまでの研究では時間積算の実験結果が取得されてきた、
この研究では、最新のスペクトラルイメージング技術を応用して、レーザー駆動イオン加速を引き起こす電子雲の3次元的な膨張の超高速な動きの高時間分解計測に挑戦する。本課題はレーザー駆動イオン加速において“加速管”の役割を果たす電子雲膨張の高時間分解観測に取り組む画期的なものである。

Outline of Final Research Achievements

A high-time-resolved measurement technique for electron clouds was developed based on the spectral imaging technique. A high-intensity laser was split into two parts, and the shadow of the electron cloud produced by the main laser for ion acceleration was measured with a probe laser. The results indicated that the electron cloud expanded rapidly in the lateral direction along the target to a diameter of approximately 150um in only 2 ps after the laser irradiation.

Subsequently, a knife-edge was employed to quantify the area of the electron cloud that contributes to ion acceleration. It was demonstrated that high-energy protons in proximity to the energy cutoff, constrained by the steric angle limitation of the knife-edge, could only be accelerated from a limited source region (electron cloud) of approximately 25um. This result validated the hypothesis that the good emittance of laser-driven ions is attributed to small source size.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

レーザー駆動イオン加速の加速プロセスはわずか数ピコ秒で生じる。その速さ故に、これまでの研究では実験値は時間積算で取得され、加速プロセスの理解は時間分解したシミュレーションとの比較によって主に進められてきた。本研究では、近年発展したスペクトラルイメージング技術を用いてレーザー駆動イオン加速において加速管の役割を果たす電子雲膨張の高時間分解観測に取り組んだ。急速に膨張する電子雲を定量的に計測できるようになった。今後この計測技術を用いることでレーザー駆動イオン加速の安定性の向上に寄与する計画である。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Induction heating for desorption of surface contamination for high-repetition laser-driven carbon-ion acceleration2023

    • Author(s)
      Sadaoki Kojima, Tatsuhiko Miyatake, Hironao Sakaki, Hiroyoshi Kuroki, Yusuke Shimizu, Hisanori Harada, Norihiro Inoue, Thanh Hung Dinh, Masayasu Hata, Noboru Hasegawa, Michiaki Mori, Masahiko Ishino, Mamiko Nishiuchi, Kotaro Kondo, Masaharu Nishikino, Masaki Kando, Toshiyuki Shirai, Kiminori Kondo
    • Journal Title

      Matter Radiat. Extremes

      Volume: 8 Issue: 5 Pages: 054002-054002

    • DOI

      10.1063/5.0153578

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Demonstration of a spherical plasma mirror for the counter-propagating kilojoule-class petawatt LFEX laser system2022

    • Author(s)
      Kojima Sadaoki他
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 30 Issue: 24 Pages: 43491-43491

    • DOI

      10.1364/oe.475945

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 量子メスに向けたレーザー駆動大強度イオンバンチの全電荷量測定2024

    • Author(s)
      小島 完興、榊 泰直、宮武 立彦、ヂン タンフン、石井 邦和、熊谷 嘉晃、近藤 公伯
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第44回年次大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Induction heating for desorption of surface contamination for high-repetition laser-driven heavy-ion acceleration2023

    • Author(s)
      Sadaoki Kojima, Tatsuhiko Miyatake, Hironao Sakaki, Hiroyoshi Kuroki, Yusuke Shimizu, Hisanori Harada, Norihiro Inoue, Thanh Hung Dinh, Masayasu Hata, Noboru Hasegawa, Michiaki Mori, Masahiko Ishino, Mamiko Nishiuchi, Kotaro Kondo, Masaharu Nishikino, Masaki Kando, Toshiyuki Shirai, Kiminori Kondo
    • Organizer
      Q-BASIS(Quantum Beam Application for Sciences and Industries 2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レーザー駆動重イオン加速のための誘導加熱による表面汚染の高速除去2023

    • Author(s)
      小島 完興、榊 泰直、宮武 立彦、ヂン タンフン、長谷川 登、石野 雅彦、 黒木 宏芳、清水 祐輔、原田 寿典、井上 典弘、 錦野 将元、神門 正城、白井 敏之、近藤 公伯
    • Organizer
      第20回日本加速器学会年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] イオン発生装置、イオン発生方法、およびイオン発生用ターゲット2023

    • Inventor(s)
      小島完興、榊泰直、他6名
    • Industrial Property Rights Holder
      QST
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Overseas

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2025-01-30  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi