2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on Laser High-Quality-Ion Generation, Transport and Post-Acceleration
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15K05359
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
川田 重夫 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30150296)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | レーザーイオン加速 / レーザー生成イオンビームの制御 / 粒子線がん治療 / レーザープラズマ相互作用 / ビームバンチング / ビームコリメーション / 追加速 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，レーザーとプラズマの相互作用におけるイオンビームの輸送と追加速方法の探索を目的とした。高強度短パルスレーザー技術の進展により，レーザー加速のイオンビームの研究・利用が現実味を帯びてきた。イオン加速のメカニズムを研究する段階から，その制御を行うことに研究が移行しつつある。レーザー生成のイオンビームを，粒子線がん治療・材料改変や基礎研究他の実用に供するためには，様々な制御が必要であり，目的に合った粒子エネルギー，エネルギースペクトル，ビーム長，イオンビーム広がりなどの制御の高度化が欠かせない。本研究では，コンピュータシミュレーションにより，このレーザー生成イオンビームの輸送と追加速方法を探索し，近い将来における実用への道につなげることを目的とした。
本年度は，2枚の薄膜ターゲットと２つのレーザーパルスを用いる事で，イオンビームのバンチングとコリメーション及びイオンビームバンチ全体の追加速にも成功した。１枚目の薄膜で，既に加速され入射されてきたイオンビームバンチの後方を加速する。１枚目の薄膜の厚みを調整することで，第１パルスレーザーが1枚目の薄膜を通過し２枚の薄膜ターゲットまで到達することで，イオンビームの前方のイオン速度を減速し，バンチングを効果的に実現することが出来た。また第２レーザーパルスを入射することで，2枚目の薄膜ターゲットにビームを追加速するための加速電場を形成することが出来た。追加速されたプロトンエネルギーを２００MeV程度に上昇させることができた。更に，２枚目のターゲットの後方に，半径がレーザースポットサイズの半分程度の大きな穴を複数あけることで，バンチングされ追加速されたイオンビームの横方向の広がりを抑えることにも成功した。本研究により，イオンビームのバンチング，コリメーション，追加速を実現する方法を見つけることができた。
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[Journal Article] Dynamic stabilization of filamentation instability2017
Author(s)
S. Kawata, Y. J. Gu, X. F. Li, T. Karino, H. Katoh, J. Limpouch, O. Klimo, D. Margarone, Q. Yu, Q. Kong, S. Weber, S. Bulanov, and A. Andreev
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Journal Title
Physics of Plasmas
Volume: 25
Pages: 011601-1~6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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