2021 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 / 超短パルスレーザー / 電子ビーム / プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では光の速度で伝搬するレーザーの集光面の速度を制御することにより，レーザー航跡場中で加速された電子が航跡場の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 3 年度はプラズマ計測用のプローブレーザー開発，二次元粒子コード(2D Particle-in-Cell: 2D-PIC) によるシミュレーション，流体シミュレーション(Computational Fluid Dynamics: CFD) によるガスジェットターゲットの検討，前年度に引き続き一部の計測器の開発を行なった．航跡場のスナップショットを撮像するため高倍率の結像形を構築した．
また，Sub-10 fs のプローブパルス光を生成するため，希ガスを封入した中空ファイバー中で生じる自己位相変調を利用するパルス圧縮実験を開始した．2D-PICにより 1 TW レーザー (パルス幅 120 fs，エネルギー 120 mJ，波長 800 nm) のレーザーとプラズマ密度が 10 の 19 乗を超える比較的高密度なプラズマとの相互作用を調査した． レーザーパルスとプラズマとの相互作用により，レーザーパルスの包絡線が変調される自己変調型レーザー航跡場が生じ，大電場が励起されることを確認した．
CFD によりガスジェットと真空の境界における密度勾配，ガスジェット内の密度分布等の計算を行なっている．引き続き計算を進め， ２D-PIC と連携した計算を行うことを目標とする．
これまでに電子ビームの空間プロファイル計測用のモニターが完成している．電子ビームのエネルギーモニター用の真空容器の製作を検討している．
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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
当初計画では令和3年度中に計測を完了する予定であったが，感染症対策等で計測器等の立ち上げが遅れており，電子ビームの計測に至っていない．
一方で，シミュレーションによって 1TWレーザー (パルス幅 120 fs，エネルギー 120 mJ，波長 800 nm) によって航跡場を効率よく励起する方法や，ガスジェッドの形状解析を実施，今後の研究方針を再設定することができた．
令和2年度にブレードをガスジェット上に挿入することでプラズマの長尺化が観測されている．詳細を明らかにするため，航跡場のスナップショットを撮像するための高倍率の結像形を構築し，Sub-10 fs のプローブパルス光を生成するため，希ガスを封入した中空ファイバー中で生じる自己位相変調を利用するパルス圧縮実験を開始した．
一部の計測装置の構築が遅れているが，図面や解析プログラムの構築等は済んでおり，次年度早期に完了する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は電子ビームの観測及び解析行い，対外発表を目指す．
上半期には遅れている電子ビームのエネルギーモニター計測器を構築する．あわせて Sub-10 fs のプローブパルス光を生成し，プラズマのスナップショットの撮像も目指す．
また，2D-PIC シミュレーションやCFDにより，最適なレーザー照射条件，ターゲット構造を明らかにすることを目指し，低出力レーザーによる電子ビーム発生，収差を利用した電子ビーム発生が可能であることを証明する．
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