「光速飛翔鏡」による新しいX線発生機構の研究

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20244065
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: BULANOV SergeI 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 客員研究員 (00391318)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 神門 正城 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, リーダー (50343942) ; ESIRKEPOV Timur 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (10370363) ; PIROZHKOV Alexander 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究職 (00446410) ; 河内 哲哉 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (40343941) ; 桐山 博光 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (40354972)
• Keywords: 高強度レーザー / レーザープラズマ相互作用 / 非線形ラングミュア波 / アト秒X線 / 水の窓X線 / 周波数上昇 / 高次高調波

Research Abstract

平成22年度は、英国ラザフォードアップルトン研究所のAstra-Geminiレーザーを用いたX線発生の共同実験(2010年5月～7月、日本から3名参加)と原子力機構のJ-KARENレーザーを用いた共同実験(2011年1月～3月、英国から1名参加)を実施した。これらの実験により、前年度我々が観測した、相対論的強度の高強度レーザーがガスプラズマと相互作用により生成される高次高調波を再現することができた。また、120TWのチタンサファイアレーザーをHeガスに照射することにより、波長10-11nmで0.46mJ/srの軟X線を観測し、従来の光子数を増大させ、また再現性も向上させることに成功した(論文投稿中)。
理論研究では、相対論的飛翔鏡のコンセプトを発展させ、レーザーの放射圧を利用して、薄膜プラズマを加速する体系において、加速されるイオンの位相が固定され、高エネルギーまで加速が行えることを示した。相対論的飛翔鏡を用いて高強度場を作り出し、相対論的な電子ビームと相互作用させ、高強度電磁場と電子の非線形相互作用を研究する体系を考察した。これらの高強度領域での高エネルギー電子との相互作用により、電子・陽電子のなだれ的対生成が起こると予測されている。特に、このような高強度下での電子の放射減衰効果を取り入れた運動方程式を用いて評価を行った。PW級レーザーとレーザー加速による1GeV電子、相対論的飛翔鏡の技術を統合することで、電子・陽電子のなだれ的対生成領域に達することができるとの結果をえた。これらの評価に基づく実験提案を作成し、論文投稿、学会発表を行った。

Research Products

• [Journal Article] Relativistic Tennis with Photons : Frequency Up-Shifting, Light Intensification and Ion Acceleration with Flying Mirrors (2011)
  • Author(s): S.V.Bulanov, T.Zh.Esirkepov, M.Kando, J.K.Koga, A.S.Pirozhkov, N.N.Rosanov, A.G.Zhidkov
  • Journal Title: AIP Conf.Proc. Volume: 1320 Pages: 235-244
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unlimited Energy Gain in the Laser-Driven Radiation Pressure Dominant Acceleration of Ions (2010)
  • Author(s): S.V.Bulanov, E.Yu.Echkina, T Esirkepov, I.N.Inovenkov, M.Kando, F.Pegoraro, G.Korn
  • Journal Title: Phys.Plasmas Volume: 17 Pages: 063102-12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Schwinger Limit Attainability with Extreme Power Lasers (2010)
  • Author(s): S.S.Bulanov, T.Zh.Esirkepov, A.G.R.Thomas, J.K.Koga, S.V.Bulanov
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett. Volume: 105 Pages: 220407-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Light at Extreme Intensities-Opportunities and Technological Issues of the Extreme Light Infrastructure (2010)
  • Author(s): T.Tajima, B.C.Barish, C.P.Barty, S.Bulanov, P.Chen, J.Feldhaus, J.Hajdu, C.Keitel, J.Kieffer, D.Ko, W.Leemans, D.Normand, L.Palumbo, K.Rzazewski, A.Sergeev, Z.Sheng, F.Takasaki, M.Teshima
  • Journal Title: AIP Conf.Proc.-April 16, 2010 Volume: 1228 Pages: 11-35
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Radiation reaction effects in the laser-charged particle interaction (2010)
  • Author(s): Bulanov Stepan ; Esarey Eric ; Schroeder Carl ; Leemans Wim ; Thomas Alexander ; Esirkepov Timur ; Koga James ; Bulanov Sergei
  • Journal Title: American Physical Society, 52nd Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics, November 8-12, 2010 Volume: abstract #PO7.009 Pages: abstract #PO7.009
• [Journal Article] High temporal and spatial quality petawatt-class Ti : sapphire chirped-pulse amplification laser system (2010)
  • Author(s): H.Kiriyama, et al.
  • Journal Title: Optics Letters Volume: 35 Pages: 1497-1499
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X-ray harmonic comb from relativistic electron spikes (2010)
  • Author(s): A.S.Pirozhkov, M.Kando, T.Zh.Esirkepov, et al.
  • Journal Title: arXiv (http://arxiv.org/abs/1004.4514) Volume: 1004.4514 Pages: 1-30
• [Journal Article] 高コントラスト・高ビーム品質・高強度レーザーの開発 (2010)
  • Author(s): 桐山博光, 他
  • Journal Title: レーザー研究 Volume: 38 Pages: 669-675
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Extreme Field Science with Ultrahigh Power Lasers (2011)
  • Author(s): S.V.Bulanov
  • Organizer: Laser-Plasma Joint Pioneering Session of the Conference of the Korean Physical Society
  • Place of Presentation: Daegeon Korea(Invited talk)
  • Year and Date: 2011-04-13
• [Presentation] 相対論的強度のレーザープラズマ相互作用による高次高調波の観測 (2011)
  • Author(s): 神門正城
  • Organizer: 日本物理学会第66回年次大会
  • Place of Presentation: 新潟大学(新潟市)
  • Year and Date: 2011-03-28
• [Presentation] New mechanism of relativistic high harmonic generation in gas jet targets (2011)
  • Author(s): A.S.Pirozhkov, et al.
  • Organizer: JSPS Asian CORE Workshop on Next Generation Ultra-Short Pulse Lasers for High Field and Ultrafast Science
  • Place of Presentation: RIKEN, Wako-city, Saitama, Japan(Oral talk)
  • Year and Date: 2011-03-03
• [Presentation] Peta watt class laser in Japan (2011)
  • Author(s): H.Kiriyama, et al.
  • Organizer: France Japan Seminar on High Power Lasers for Medical & Scientific Applications
  • Place of Presentation: Embassy of France, Japan(Invited Talk)
  • Year and Date: 2011-02-15
• [Presentation] 相対論的飛翔鏡の原理実証と今後の展開 (2011)
  • Author(s): 神門正城
  • Organizer: レーザー学会第31回年次大会
  • Place of Presentation: 電気通信大学(調布)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-01-10
• [Presentation] Relativistic Mirrors in Laser Plasmas-a Path towards Compact Source of Coherent X-Rays (2011)
  • Author(s): S.V.Bulanov
  • Organizer: International Conference on Physics of Quantum Electronics (PQE 2011)
  • Place of Presentation: Snowbird USA(Invited talk)
  • Year and Date: 2011-01-05
• [Presentation] Flying Mirror as a tool to access ultra-high fields (2010)
  • Author(s): M.Kando
  • Organizer: International Conference on Physics in Intense Fields (PIF 2010)
  • Place of Presentation: Tsukuba Japan
  • Year and Date: 2010-11-26
• [Presentation] On the Schwinger limit attainability with extreme power lasers (2010)
  • Author(s): S.V.Bulanov
  • Organizer: International Conference on Physics in Intense Fields (PIF 2010)
  • Place of Presentation: Tsukuba Japan(Invited talk)
  • Year and Date: 2010-11-25
• [Presentation] High spatiotemporal-quality OPCPA/Ti : sapphire petawatt-class laser system (2010)
  • Author(s): H.Kiriyama, et al.
  • Organizer: Workshop of Consortium for Photo Science and Technology
  • Place of Presentation: Okazaki, Japan(Invited Talk)
  • Year and Date: 2010-10-21
• [Presentation] Demonstration of a High Spatiotemporal-Quality Petawatt-Class Ti : sapphire CPA laser system (2010)
  • Author(s): H.Kiriyama, et al.
  • Organizer: International Committee on Ultra Intense Lasers Conference (ICUIL) 2010
  • Place of Presentation: Watkins Glen, USA
  • Year and Date: 2010-09-29
• [Presentation] X-ray radiation from underdense relativistic plasmas (2010)
  • Author(s): A.S.Pirozhkov, et al.
  • Organizer: International Committee on Ultra Intense Lasers Conference (ICUIL) 2010
  • Place of Presentation: Watkins Glen, New York, USA(Oral talk)
  • Year and Date: 2010-09-27
• [Presentation] Extreme Field Limits in the Ultra-Relativistic Interaction of Electromagnetic Waves (2010)
  • Author(s): S.V.Bulanov
  • Organizer: X-Ray Lasers 2010, 12th International Conference on X-Ray Lasers
  • Place of Presentation: Gwangju, Korea(Invited talk)
  • Year and Date: 2010-06-01
• [Presentation] J-KAREN laser ; a high intensity, high contrast OPCPA/Ti : sapphire hybrid laser system (2010)
  • Author(s): H.Kiriyama, et al.
  • Organizer: Third session of the yearly PetaWatt Scientific Conference
  • Place of Presentation: San Francisco, USA(Invited Talk)
  • Year and Date: 2010-05-21
• [Presentation] Demonstration of a temporally and spatially high quality petawatt-class laser (2010)
  • Author(s): H.Kiriyama, et al.
  • Organizer: CLEO/QELS 2010
  • Place of Presentation: San Jose, USA
  • Year and Date: 2010-05-20
• [Presentation] Extreme Light-Matter Interaction through the Lenses of the Relativistic Flying Mirror Concept (2010)
  • Author(s): S.V.Bulanov
  • Organizer: ELI Beamlines Scientific Challenges Workshop
  • Place of Presentation: Prague Czech Republic(Invited talk)
  • Year and Date: 2010-04-26
• [Remarks]
  • URL: http://wwwapr.kansai.jaea.go.jp/aprc/beam-la.html