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2017 Fiscal Year Research-status Report

Evaluation method of the charge number of laser-accelerated ion

Research Project

Project/Area Number 17K17876
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

金崎 真聡  神戸大学, 海事科学研究科, 助教 (90767336)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords固体飛跡検出器 / CR-39 / レーザー駆動イオン加速 / イオン計測 / 価数
Outline of Annual Research Achievements

レーザー駆動イオン加速では、高エネルギーかつ高品質なイオンビーム発生が課題とされているが、そのためには、加速メカニズムを明らかにすることが重要である。本研究では、イオンの加速メカニズム解明に貢献するため、高強度レーザーと物質の相互作用によって形成されるレーザープラズマの状態を現す一つの指標となるイオンの価数分布を、固体飛跡検出器CR-39によって明らかにすることを目的としている。
CR-39を用いてイオンの価数を明らかにするためには、あらかじめ、加速器においてエネルギーが既知で価数の異なるイオンを照射し、その後のエッチング処理によって生成されるエッチピットの形状の違いを明らかにする必要がある。
平成29年度は、神戸大学大学院海事科学研究科のタンデムバンデグラフ加速器において、イオン照射体系を構築し、CR-39に対して酸素イオンの照射を行った。具体的には、加速器の0度方向のビームラインに、電場と磁場によってイオンを分光するトムソンパラボラシステムを設置し、様々な価数の酸素イオン及び中性粒子を検出部のCR-39に照射した。トムソンパラボラシステムでは、質量電荷比に応じて検出部でのイオンの入射位置が異なるため、あらかじめ軌道計算によって酸素イオンの価数ごとに入射する位置を求め、エッチング後のCR-39と比較した。CR-39上のエッチピットの位置を、高速画像取得顕微鏡によってマッピングすることで、1~3価の酸素イオンが入射していることが明らかとなった。また、エッチピット開口部のより詳細な形状について光学顕微鏡を用いて解析を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

量子科学技術研究開発機構関西光科学研究所において行う予定としていた、二酸化炭素クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速実験は、水素クラスターターゲットを用いた実験となったため、本研究で開発するイオンの価数弁別手法は適用できなかったが、固体飛跡検出器CR-39を用いてプロトンのエネルギースペクトル等を明らかにした。
そこで、平成29年度は、固体飛跡検出器CR-39に対するイオン照射体系の構築を主として行った。加速器におけるイオン照射実験では、当初、偏向磁石によってエネルギーと価数が限定されたイオンのみを照射可能なビームラインにおいてイオン照射を行う予定であった。しかしながら、本研究の目的であるイオンの価数弁別のためには、エネルギーが既知で、異なる価数のイオンが同時に照射されることが望ましい。この点に対して、これまでCR-39に対するイオン照射に利用していなかった加速器の0度方向のビームラインに対して、新たにトムソンパラボラシステムを設置することで解決した。これにより、1枚のCR-39上に、複数の価数のイオンが入射してエッチピットを形成するため、検出器のロットごとの感度のばらつきや、エッチング条件のわずかな違いによるエッチピットサイズの変化を考慮せずに解析を行うことが可能となり、より精度の高いデータベースを構築可能な環境を整えることができた。実際に酸素イオンを照射したCR-39上には、1~3価の酸素イオンと思われるエッチピットが形成されており、そのサイズがわずかに異なることが明らかとなった。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度は、イオン照射体系の構築を主としていたため、限られたマシンタイム中のイオン照射実験では複数のエネルギーの酸素イオンを照射することができなかった。そこで、平成30年度は、2度のマシンタイムを利用することで、加速器のターミナル電圧を細かく調整し、幅広いエネルギーの酸素イオンを照射し、データベースの充実を図る。また、酸素イオンのみではなく、炭素イオン等の他のイオン種についても同様の実験を行う。
上記以外に、量子科学技術研究開発機構関西光科学研究所において行われる水素クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速実験において、CR-39の表面に対するレーザー光やプラズマ等の影響を評価する。通常のレーザー加速イオン計測では、CR-39にレーザー光やその散乱光が入射しないようにするため、CR-39の前面にアルミニウム箔等のフィルターを設置するが、本研究で目的としているイオンの価数を弁別するためには、フィルター内で電荷交換が起こってしまうため使用できない。そこで、フィルターで覆っていないCR-39を集光チャンバーに設置し、一定数のレーザーショットを行った後に、エッチング処理を施し、表面の状態が価数弁別可能な状態であるかを調べる。また、イオンの加速メカニズムを議論するために、詳細なエネルギースペクトルも取得する。

  • Research Products

    (8 results)

All 2018 2017

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] 固体飛跡検出器CR-39を用いたレーザー加速イオンのエネルギースペクトル及び空間分布の高精度計測2017

    • Author(s)
      金崎真聡、小田啓二、山内知也、福田祐仁
    • Journal Title

      放射線化学

      Volume: 104 Pages: 35~39

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 受動型検出器を用いたレーザー加速陽子線の計測2018

    • Author(s)
      金崎真聡、神野智史、森島邦博、小平聡、宇野雅貴、高野雄太、森井厚作、浅井孝文、坂本渓太、清水和輝、小田啓二、山内知也、桐山博光、福田祐仁
    • Organizer
      第32回固体飛跡検出器研究会
  • [Presentation] レーザー加速イオン計測用リアルタイムトムソンパラボラシステムの校正2018

    • Author(s)
      清水和輝、神野智史、宇野雅貴、高野雄太、森井厚作、浅井孝文、坂本渓太、古山雄一、谷池晃、小田啓二、山内知也、福田祐仁、金崎真聡
    • Organizer
      第32回固体飛跡検出器研究会
  • [Presentation] 受動型検出器を用いた水素クラスターから発生するレーザー加速陽子線の計測2018

    • Author(s)
      金崎真聡、神野智史、森島邦博、小平聡、宇野雅貴、高野雄太、森井厚作、浅井孝文、坂本渓太、清水和輝、小田啓二、山内知也、桐山博光、福田祐仁
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 受動型検出器を用いたレーザー加速イオンの計測手法開発2018

    • Author(s)
      金崎真聡、神野智史、森島邦博、小平聡、宇野雅貴、高野雄太、森井厚作、浅井孝文、坂本渓太、清水和輝、小田啓二、山内知也、桐山博光、福田祐仁
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第38回年次大会
  • [Presentation] リアルタイムトムソンパラボラの開発とレーザー駆動multi-MeV純プロトンビームの0.1 Hz高繰り返し計測2018

    • Author(s)
      神野智史、金崎真聡、清水和輝、上坂充、桐山博光、福田祐仁
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第38回年次大会
  • [Presentation] CR-39を用いたレーザー加速MeV級イオンの高精度計測2017

    • Author(s)
      金崎真聡
    • Organizer
      第60回放射線化学討論会
    • Invited
  • [Presentation] Design of the stacked CR-39 energy spectrometer for laser-accelerated protons exceeding 100 MeV from micron-size hydrogen cluster targets2017

    • Author(s)
      Masato Kanasaki, Masataka Uno, Yuji Fukuda, Tomoya Yamauchi, Keiji Oda
    • Organizer
      27th International Conference on Nuclear Tracks and Radiation Measurements
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-12-17  

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