小型高輝度X線源のためのレーザーコンプトン散乱クラブ衝突化の実現

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H01233
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 鷲尾 方一 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70158608)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 東口 武史 宇都宮大学, 工学部, 教授 (80336289) ; 坂上 和之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 主幹研究員 (80546333)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 逆コンプトン散乱 / 高輝度X線 / 高輝度レーザー / 高品質電子ビーム / クラブ衝突 / タイミングスタビリティ

Outline of Annual Research Achievements

本研究は電子ビームとレーザーパルスの相互作用によりX線を生成するレーザーコンプトン散乱において電子ビームに傾き角を付与し、衝突角に開きがあるような状況下でも正面衝突時に近いルミノシティを実現するクラブ衝突レーザーコンプトン散乱に関する研究である。19年度において薄ディスクYb:YAGを用いたリング型再生増幅器を構築することでレーザーシステムとしてミリジュールピコ秒の高品質レーザーパルス生成に成功している。このレーザーシステムを用いてクラブ衝突レーザーコンプトン散乱実験を行った。その結果レーザーコンプトン散乱X線の生成には成功したものの、クラブ衝突によるX線光子数の増大を実験的に実証するにはあと一歩至らなかった。この原因として両ビームのタイミング制御に課題があり、安定した衝突を実現できていないことが判明した。追試験の結果、フォトカソードドライブレーザーの発振器であるファイバーレーザーの光路長の温度依存性が大きいことがわかり、またタイミングに影響していることが判明した。本研究ではフォトカソードドライブレーザーとレーザーコンプトン散乱用レーザーの2つのレーザーシステムと加速器システムのタイミング同期を取る必要がある。そのためカソードドライブレーザーのYbファイバー発振器をマスターオシレータとし、それにコンプトン用レーザーをスレーブレーザーとして同期を取っていたが、結果としてタイミング制御が不十分であった。今後の改善策としてはRF信号発生器をマスターオシレータとして2台のサーボシステムを用意するか、あるいはレーザー発振器を一つにし、パルスをスプリットすることでジッターフリーにすることが考えられる。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] High-Charge Ultrashort Electron Bunch Generation by an Energy Chirping Cell-Attached Rf Electron Gun and Its Measurement Using a Transverse Deflecting Cavity (2021)
  • Author(s): Y. Koshiba, Y. Tadenuma, S. Otsuka, M. Washio, T. Takatomi, J. Urakawa, and K. Sakaue
  • Journal Title: Phys. Rev. Accel. Beams 24, 083401 Volume: 24 Pages: 083401 1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevAccelBeams.24.083401
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Independent contribution of optical attenuation length in ultrafast laser-induced structural change (2021)
  • Author(s): Tatsunori Shibuya, Kazuyuki Sakaue, Hiroshi Ogawa, Daisuke Satoh, Thanh-Hung Dinh, Masahiko Ishino, Masahito Tanaka, Masakazu Washio, Takeshi Higashiguchi, Masaharu Nishikino, Akira Kon, Yuya Kubota, Yuichi Inubushi, Shigeki Owada, Yohei Kobayashi, and Ryunosuke Kuroda
  • Journal Title: Optics Express, pp. 33121-33133 (2021.9). Volume: Vol. 29(21) Pages: 33121-33133
  • DOI: 10.1364/OE.432130
• [Journal Article] Study on X-ray enhancement in Laser-Compton scattering for auger therapy (2020)
  • Author(s): Yuya Koshiba, Ryosuke Morita, Koki Yamashita, Masakazu Washio, Kazuyuki Sakaue, Takeshi Higashiguchi, and Junji Urakawa,
  • Journal Title: Int. J. Radiat. Biol. 0, 2020, Volume: 0 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1080/09553002.2020.1811420
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] レーザーコンプトン散乱のための自発共鳴型光蓄積共振器の開発 (2022)
  • Author(s): 福島千夏良、山下洸輝、小柴裕也、鷲尾方一、Aryshev Alexander、浦川順治、大森恒彦、照沼信浩、福田将史、本田洋介、上杉祐貴、坂上和之、高橋徹、保坂勇志
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Study on a Self-Resonating Optical Cavity for Laser-Compton Sources (2021)
  • Author(s): Y. Koshiba, S. Otsuka, M. Washio, N. Sugarawa, Y.Uesugi, T. Takahashi, Y. Hosaka, K. Sakaue, A. Aryshev, M. Fukuda, Y. Honda, T. Omori, N. Terunuma, and J. Urakawa,
  • Organizer: IPAC21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] レーザーコンプトン散乱に向けた自発共鳴型光蓄積共振器の開発 (2021)
  • Author(s): 山下洸輝、小柴裕也、鷲尾方一、Aryshev Alexander、浦川順治、大森恒彦、照沼信浩、福田将史、本田洋介、上杉祐貴、菅原直人、坂上和之、高橋徹、保坂勇志
  • Organizer: 日本加速器学会
• [Presentation] ーザーコンプトン散乱光源に向けた自発共鳴型パルスレーザー共振器の開発 (2021)
  • Author(s): 大塚誠也、小柴裕也、Aryshev Alexander、上杉祐貴、浦川順治、大森恒彦、坂上和之、菅原直人、高橋徹、照沼信浩、福田将史、保坂勇志、本田洋介、山下洸輝、鷲尾方一
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] evelopment of a Self-Resonating Optical Cavity for High Brightness Laser-Compton Scattering Sources (2020)
  • Author(s): S. Otsuka, Y. Koshiba, M. Washio, Y.Uesugi, T. Takahashi, Y. Hosaka, K. Sakaue, A. Aryshev, M. Fukuda, Y. Honda, T. Omori, N. Terunuma, and J. Urakawa
  • Organizer: IPAC20
  • Int'l Joint Research