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

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11J00853
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中新 信彦 大阪大学, 光科学センター, 特別研究員(PD)
• 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

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)

Research Products

• [Journal Article] Investigation of fast-electron-induced K-alpha x rays in laser-produced blow-off plasma (2014)
  • 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: 033105
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of splash plasma channels for guided-laser-wake field acceleration (2014)
  • Author(s): Yoshio Mizuta, Tomonao Hosokai, Shinichi Masuda, A. Zhidkov, Nobuhiko Nakanii, Zhan Jin, Hiroki Nakahara, Tomohiro Kohara, Kenta, Iwasa, Masaki Kando, Sergei Bulanov, and Ryosuke Kodama
  • Journal Title: JPS Conference Series Volume: 1 Pages: 015092 1-4
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 極短パルス電子イメージングに向けたステージングレーザー航跡場加速器開発の現状 (2014)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学(神奈川)
  • Year and Date: 2014-03-28
• [Presentation] 2パルス駆動ステージングレーザー航跡場加速 (2014)
  • Author(s): 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、竹口直輝、幸原朋広、金展、末田敬一、森道昭、神門正城、小瀧秀行、兒玉了祐
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学(神奈川)
  • Year and Date: 2014-03-28
• [Presentation] ステージングレーザー航跡場加速における電子入射条件のパラメータ探索 (2014)
  • Author(s): 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、中原弘貴、幸原朋広、竹口直輝、金展、末田敬一、神門正城、ブラノブセルゲイ、兒玉了祐
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学(神奈川)
  • Year and Date: 2014-03-28
• [Presentation] 軸対称偏光ビームを用いたレーザー航跡場加速における電子入射制御 (2014)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学(神奈川)
  • Year and Date: 2014-03-28
• [Presentation] 電子イメージングシステム試験ビームラインの構築 (2014)
  • Author(s): 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
  • Place of Presentation: 東海大学(神奈川)
  • Year and Date: 2014-03-28
• [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)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学(神奈川)
  • Year and Date: 2014-03-28
• [Presentation] 高強度レーザーとプラズマで次世代のコンパクト超高エネルギー加速器を作る (2014)
  • Author(s): 細貝知直、ジドコフアレクセイ、益田伸一、末田敬一、中新信彦
  • Organizer: 大阪大学未来戦略機構光量子科学研究部門シンポジウム
  • Place of Presentation: サンケイホール(東京)
  • Year and Date: 2014-03-06
• [Presentation] ラジアル偏光レーザーを用いたレーザー航跡場加速実験 (2014)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 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
  • Place of Presentation: 光産業創成大学院大学(静岡)
  • Year and Date: 2014-01-14
• [Presentation] Laser wakefield acceleration with radially polarized laser pulse (2013)
  • Author(s): 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
  • Organizer: The 14th Advanced Photon Research Symposium
  • Place of Presentation: Nara, Japan
  • Year and Date: 2013-11-15
• [Presentation] High Quality Electron Beam Generation by Laser Wakefield Acceleration for Ultrafast Imaging (2013)
  • Author(s): 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
  • Organizer: The 14th Advanced Photon Research Symposium
  • Place of Presentation: Nara, Japan
  • Year and Date: 2013-11-15
• [Presentation] 阪大におけるステージング加速の準備状況 (2013)
  • 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
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知)
  • Year and Date: 2013-08-06
• [Presentation] レーザー航跡場加速による極短電子源の開発 (2013)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 第10回日本加速器学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知)
  • Year and Date: 2013-08-03
• [Presentation] レーザー航跡場電子加速に用いるプラズママイクロオプティクスの開発 (2013)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 第10回日本加速器学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知)
  • Year and Date: 2013-08-03
• [Presentation] Ultrashort electron source via laser wakefield acceleration and its transport system for applications (2013)
  • Author(s): 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: International Conference on High Energy Density Sciences 2013 (HEDS2013)
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2013-04-24
• [Presentation] Effects of Electron Self-injection on the Stable Laser Wake-Field Acceleration (2013)
  • Author(s): Alexei Zhidkov, Nobuhiko Nakanii, Shinichi Masuda, Tomonao Hosokai, and Ryosuke Kodama
  • Organizer: International Conference on High Energy Density Sciences 2013 (HEDS2013)
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2013-04-24
• [Presentation] High-Quality Electron Beam Generation Driven by Staged LWFA with Chirped Electron Bunch Transport (2013)
  • Author(s): Tomonao Hosokai, Nobuhiko Nakanii, Shinichi Masuda, Alexei Zhidkov, Yoshio Mizuta, Hiroki Nakahara, Tomohiro Kohara, Atsushi Yamazaki, Kazuto Arakawa, Tomokazu Sano, Masaki Kando, Serugei V. Bulanov, Ryosuke Kodama
  • Organizer: International Conference on High Energy Density Sciences 2013 (HEDS2013)
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2013-04-24
• [Presentation] Ultrashort electron bunch generation by Laser Ponderomotive Acceleration in Vacuum (2013)
  • Author(s): S. Masuda, A. Zhidkov, T. Hosokai, N. Nakanii, Y. Mizuta, T. Kohara, H. Nakahara, K. Iwasa, M. Kando, M. Mori, H. Kotaki, A. Yamazaki, R. Kodama
  • Organizer: International Conference on High Energy Densitv Sciences 2013 (HEDS2013)
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2013-04-24
• [Presentation] Splash Plasma Channels Produced by Picosecond Laser Pulses for Wave Guided Laser Wakefield Acceleration (2013)
  • Author(s): Yoshio Mizuta, Tomonao Hosokai, Shinichi Masuda, A. Zhidkov, Nobuhiko Nakanii, Zhan Jin, Hiroki Nakahara, Tomohiro Kohara, Kenta, Iwasa, Masaki Kando, Sergei Bulanov, and Ryosuke Kodama
  • Organizer: International Conference on High Energy Density Sciences 2013 (HEDS2013)
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2013-04-24