レーザー時間・空間位相制御による超高強度加速電場の時間・空間強度の制御

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K05506
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 西内 満美子 (高井満美子) 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (70391315)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 榊 泰直 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (00354746)
• Project Period (FY): 2016-10-21 – 2019-03-31
• Keywords: 超高強度レーザー / 波面 / 時間位相 / レーザー駆動イオン加速

Outline of Annual Research Achievements

本研究において、今まで制御することが難しかった超高強度レーザーと薄膜との相互作用において重要な役割を果たす、超高強度電場の生成を時間・空間的に積極的に制御を試みる。この電場自体の空間及び時間発展によって、被加速粒子の電荷分布及びエネルギーが大きく変化するために、この電場の空間及び時間発展の制御は非常に重要である。最終的には如何に単一電荷分布、及び、準単色化エネルギースペクトルを持つコリメートされたイオンビームの生成に向けて、最適化されたレーザーの時間空間分布を決定することを目的とする。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

前年度の引き続き、量研機構・関西研におけるJ-KAREN-Pレーザーを用いて、時間位相及びレーザーの波面をacoustic optics (dazzler)及びデフォーマブルミラーを用いて積極的に制御し、レーザー駆動電子線、及びイオン線の発生の違いが分かるデータセットを取得し解析を行った。実験データをより深く理解するために、ハイドロシミュレーションとParticle In Cellシミュレーションによるハイブリッドシミュレーションを行い、レーザーの、特に時間波形の及ぼす加速電場への影響が明らかになりつつあり、現在論文を執筆中である。

Strategy for Future Research Activity

J-KAREN-Pレーザーによって引き続き実験を行う。特にレーザーの空間波面に制御を積極的にかけることを試みる。レーザーとターゲットの相互作用面である、臨界密度領域からのレーザーの反射光、及び透過光を計測することで、相互作用の空間分布の詳細に関して、情報を得ることを試み、これらの情報を総合して、レーザー駆動粒子線の加速電場の理解を行い、最終的には制御を試みる。

Causes of Carryover

次回の実験が当初予定2017月12月より、2018年5月からになったためであり、執行が遅れたが、速やかに実験に必要な物品を購入するとともに、実験に向けて準備を進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Joint Institute for High Temperatures(ロシア連邦)
  • Country Name: RUSSIA FEDERATION
  • Counterpart Institution: Joint Institute for High Temperatures
• [Journal Article] The J-KAREN-P Facility Laser Performance Status (2018)
  • Author(s): Hiromitsu KIRIYAMA, Mamiko NISHIUCHI, Alexander S. PIROZHKOV, Yuji FUKUDA, Hironao SAKAKI, Akito SAGISAKA, Nicholas P. DOVER, Kotaro KONDO, Koichi OGURA, Michiaki MORI, Yasuhiro MIYASAKA, Nobuhiko NAKANII, Kai HUANG, James K. KOGA, Timur Zh. ESIRKEPOV, Masaki KANDO, and Kiminori KONDO
  • Journal Title: The review of Laser Engineering Volume: 46 Pages: 134,137
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ion Acceleration Experiment with the High Intensity, High Contrast J-KAREN-P Laser System (2018)
  • Author(s): Mamiko NISHIUCHI, Hiromitsu KIRIYAMA, Hironao SAKAKI, Nicholas P. DOVER, Kotaro KONDO, Takumi MIYAHARA, James K. KOGA, Alexander S. PIROZHKOV, Akito AGISAKA, Yuji FUKUDA, Koichi OGURA, Yukinobu WATANABE, Masaki KANDO, and Kiminori KONDO
  • Journal Title: The review of Laser Engineering Volume: 46 Pages: 145,147
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of Carbon-Ion Radiotherapy Facilities at NIRS (2018)
  • Author(s): Yoshiyuki Iwata, Takashi Fujita, Tetsuya Fujimoto, Takuji Furukawa, Yousuke Hara, Kiminori Kondo,Kota Mizushima, Takeshi Murakami, Masayuki Muramatsu, Mamiko Nishiuchi, Estuo Noda, Koji Noda,Hironao Sakaki, Naoya Saotome, Yuichi Saraya, Shinji Sato, Toshiyuki Shirai, and Ryohei Tansho
  • Journal Title: IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY Volume: 28 Pages: 4400807-1,-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High contrast high intensity petawatt J-KAREN-P laser facility at QST (2017)
  • Author(s): M. Nishiuchi, H. Kiriyama, H. Sakaki, N. P. Dover, K. Kondo, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, Y. Fukuda, K. Nishitani, T. Miyahara, K. Ogura, M. A. Alkhimova, T. A. Pikuz, A. Y. Faenov, Y. Watanabe, J. Koga, S. V. Bulanov, M. Kando, K. Kondo
  • Journal Title: SPIE proceedings Volume: 102410N-1 Pages: 102410N-6
  • DOI: 10.1117/12.2271172
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Scintillator-based transverse proton beam profiler for laser-plasma ion sources (2017)
  • Author(s): N. P. Dover, M. Nishiuchi, H. Sakaki, M. A. Alkhimova, A. Ya. Faenov, Y. Fukuda, H. Kiriyama, A. Kon, K. Kondo, K. Nishitani, K. Ogura, T. A. Pikuz, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, M. Kando, and K. Kondo
  • Journal Title: Review of Scientific instruments Volume: 88 Pages: 073304-1,-7
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Present status of the laser-driven particle acceleration experiments by the high intensity (1022 Wcm-2) high contrast (10-11) laser system J-KAREN-P (2017)
  • Author(s): M. Nishiuchi, H. Kiriyama, H. Sakaki, A.Pirozhkov, Y. Fukuda, N.P. Dover, K. Kondo, K. Nishitani, T. Miyahara, Sagisaka, M. A. Alkhimova, T. Pikuz, Ya.Faenov,K.Ogura, T.Zh,Esirkepov, Y. Watanabe, J.K.Koga, S.V.Bulanov, M. Kando, and K. Kondo
  • Organizer: High Energy Density Science 2017 Yokohama
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] High Contrast High Intensity Petawatt J-KAREN-P Laser facility at QST (2017)
  • Author(s): M. Nishiuchi, H. Kiriyama, H. Sakaki, A.Pirozhkov, Y. Fukuda, N.P. Dover, K. Kondo, K. Nishitani, T. Miyahara, Sagisaka, M. A. Alkhimova, T. Pikuz, Ya.Faenov,K.Ogura, T.Zh,Esirkepov, Y. Watanabe, J.K.Koga, S.V.Bulanov, M. Kando, and K. Kondo
  • Organizer: SPIE Optics + Optoelectronics 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Particle Acceleration by the High intensity (～10^22W/cm2), High Contrast (<10-11), Repetitive (0.1 Hz) J-KAREN-P Laser (2017)
  • Author(s): M. Nishiuchi, H. Kiriyama, H. Sakaki, A.Pirozhkov, Y. Fukuda, N.P. Dover, K. Kondo, K. Nishitani, T. Miyahara, Sagisaka, M. A. Alkhimova, T. Pikuz, Ya.Faenov,K.Ogura, T.Zh,Esirkepov, Y. Watanabe, J.K.Koga, S.V.Bulanov, M. Kando, and K. Kondo
  • Organizer: The 25th International Conference on Advanced Laser Technologies ALT’17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Laser-driven Heavy Ion Acceleration Research at KPSI @QST (2017)
  • Author(s): M. Nishiuchi, H. Sakaki, N.P. Dover, Ko. Kondo, T. Miyahara, H.Kiriyama, A.S.Pirozhkov , A.Sagisaka, M. A. Alkhimova, T.Pikuz, A.Ya.Faenov, Y. Fukuda, K.Ogura, Y. Watanabe, J.K.Koga, N. Iwata, Y. Sentoku, M. Kando, and K. Kondo
  • Organizer: Laser Congress 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 超高強度短パルスレーザー駆動型イオン源 (2017)
  • Author(s): M. Nishiuchi, H. Sakaki, N.P. Dover, Ko. Kondo, T. Miyahara, H.Kiriyama, A.S.Pirozhkov , A.Sagisaka, M. A. Alkhimova, T.Pikuz, A.Ya.Faenov, Y. Fukuda, K.Ogura, Y. Watanabe, J.K.Koga, N. Iwata, Y. Sentoku, M. Kando, and K. Kondo
  • Organizer: Plasma Conference 2017
  • Invited