2019 Fiscal Year Research-status Report
時空間制御されたレーザー航跡場による電子ビーム発生
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19K20597
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
大塚 崇光 宇都宮大学, 工学部, 助教 (30815709)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | レーザー航跡場加速 / 高強度レーザー / レーザー生成プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では本来光の速度で伝搬する集光面の速度を制御することにより，電子が加速位相から脱する長さ (脱位相長) を制御するレーザー航跡場加速における新しい基盤技術を開発することを目標としている．令和元年度は計測器開発に主眼を置きプラズマの影絵の取得，密度計測及び電子ビーム計測器 (エネルギー，空間プロファイル) 開発を行った．
超短パルスレーザー (最大エネルギー 120 mJ，パルス幅 120 fs) をアルゴンガスに集光照射することでプラズマを生成し，ガスジェット圧力とプラズマ密度の相関を調査した．目標としている他波長レーザーの収差を利用した航跡場加速を模擬するため，レーザーエネルギーを制限し，入射エネルギー 60 mJ における電子密度を調査した．生成されたプラズマ中の加速勾配は最大電子密度において変調率を 0.5 とした場合 150 MeV/m であると見積もられる．また，影絵と密度計測結果から得られた相対論的自己収束が生じる閾値は理論値と概ね一致しており，構築した干渉計測器，解析手法が正しく動作していると言える．
また，既存磁石を組み合わせ電子エネルギーメーターを構築し，ガウスメータで磁場分布を計測し較正した．計測した磁場分布から算出される電子の軌道より，目標としている電子ビームのエネルギー範囲が計測可能であることが確認された．また，シンチレータスクリーンを用いた電子の空間プロファイル計測器の構築も完了し，感度較正を行うのみとなっている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は必要となる計測器の開発と実際の計測の二段階で計画されている．令和元年度は計測器開発に主眼を置き研究を展開した．
電子が加速位相から脱する長さ (脱位相長) を制御するため光の速度で伝搬する集光面の速度を収差を利用し制御するが，まず単一波長でどのようなプラズマを生成できるかを明らかにすることが重要である．これまでに構築した計測器によってプラズマの状態を明らかにすることができており概ね予定通りに進んでいると言える．また，電子ビーム計測機器 (エネルギー，空間プロファイル) の開発を行い，目標としている電子ビームのエネルギー範囲が計測可能であることが確認されている．空間プロファイル計測器に関しては電荷量を評価できるよう感度較正を行う必要があるが概ね予定通りに進んでいると言える．
予定外ではあるがプラズマから放射される電磁波の計測にも成功している．観測されたテラヘルツ電磁波の周波数や放射角度分布等からプラズマの状態及び電子ビームのバンチ幅を明らかにすることができないか解析を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和 2 年度は令和元年度に構築した計測機器を用いて，単一波長レーザーによる電子ビームの入射と二波長レーザーによる複数航跡場の励起達成を目標とし実験を展開する．
令和元年度に構築したプラズマ計測機器を用いて電子入射が生じる最適なガス状態 (密度，媒質長) を追求し，単一波長レーザーによる電子入射を達成する．必要であればプラズマからの散乱光計測器を構築しプラズマの情報収集に努め，粒子シミューレーションコードを利用し実験結果と比較しながら最適解を明らかにする．
また，多波長レーザーと単レンズにより複数の航跡場を励起し，令和元年度に構築した計測機器によってその状態を明らかにし，電子が加速位相から脱する長さ (脱位相長) を制御するレーザー航跡場加速への道筋を立てる．
引き続き計測器の開発を進め，電子ビームの空間プロファイル計測器によって電荷量を評価できるよう感度較正を行い，プラズマから放射されるテラヘルツ電磁波の解析を進めプラズマの状態及び電子ビームのバンチ幅を明らかにする．
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