高出力マイクロ波を用いたプラズマ導波路の形成と機構解明

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11780342
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: 伊藤 弘昭 宇都宮大学, 工学研究科, 助手 (70302445)
• Keywords: プラズマ導波路 / レーザー励起航跡場加速 / 小型陽子加速器 / V_p×B加速 / IH線形加速器

Research Abstract

この研究の第1の目標は、レーザーとプラズマを利用した高エネルギー電子加速器の実現に向けて問題の1つとなっている加速距離制限を克服するプラズマ導波(plasma waveguide)の形成機構を解明することである。マイクロ波干渉計測の実験装置の整備、組立を行った後、干渉計用マイクロ波の調整をしてプラズマ計測実験を行った。密度計測に用いたマイクロ波周波数は24GHz帯である。密度計測実験を行ったが、検出されたマイクロ波の位相差のS/N比が悪いため位相差から導波路中の実際の密度変動分を導出することが難しい。今後、S/Nを向上させてマイクロ波干渉計測からプラズマ導波の形成機構の解明を行う。
同時に、陽子加速の可能性の模索と原理実証を行うための陽子源の開発を行った。陽子加速法としてはレーザー励起航跡場の横電場を利用した方法とV_p×B加速機構を用いた方法の2種類について検討した。数値シミュレーションの結果、航跡場による方法は初期エネルギー1MeVの陽子ビームに対してレーザーのスポット長の加速距離で約200keV/段のエネルギー増加が得られた。一方、V_p×B加速による方法の場合、10MeVの陽子ビームに対して約100keV/段のエネルギー増加が得られた。この加速法はビームの入射エネルギーが増加すると、レーザーとの位相同期が良くなるのでエネルギー増が増加する。これらの結果、V_p×B加速法は高エネルギー領域の加速に適している。これらの加速量では不十分であるので、多段化の必要があり、航跡場の横電場を利用した方法をV_p×B加速法の前段加速に用いることにした。
陽子加速の原理実証を行うための入射器用陽子源の製作を行い、エネルギー30keVの陽子源の製作はほぼ終了した。また、陽子源から射出された30keVの陽子を1MeVまで加速させる前段加速器であるIH(Interdigital H-mode)型線形加速器用の電極の設計を行ったが、加速空胴の設計は現在行っている。

Research Products

• [Publications] M.Bakhtiari et.al.: "Proton Acceleration in Transverse Laser Wakefield"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. L1097-L1100 (2000)
• [Publications] H.Ito et.al.: "Compact Proton Accelerator Utilizing an Intense Laser"Proc.of 13th Inter.Conf.on High-Power Particle Beams (to be published).
• [Publications] H.Gao et.al.: "Further Frequency Upshift in DC to AC Radiation Converter by Perpendicular DC Magnetic Field"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. L812-L815 (2000)
• [Publications] T.Higashiguchi et.al.: "Experimental observation of further frequency upshift from DC to AC Radiation Converter"Phys.Rev.Lett.. 85. 4542-4545 (2000)