2023 Fiscal Year Annual Research Report
レーザー駆動電子雲の高時間分解計測とその集団ダイナミクスの解明
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22K14021
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
小島 完興 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 量子応用光学研究部, 主任研究員 (40815156)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | レーザー駆動イオン加速 / 高強度レーザー / 電子雲 / 超高速計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
レーザー駆動イオン加速は高い加速勾配および局所的なソースサイズを持つことから、短い加速長でエミッタンスの良いMeV級のイオンバンチが加速できることが知られている。レーザーを薄膜標的に照射した際、標的表面でレーザーによって加速された電子は標的を貫通し、裏面の真空領域へ飛び出し電子雲を形成する。この電子雲は標的裏面に強力な分極電場を生成しイオンを加速する。これらの加速プロセスはわずか数ピコ秒で生じ、その速さ故に、これまでの研究では時間積算の実験結果が取得されてきた。研究初年度である昨年度は高速で移動する電子雲を計測するために、スペクトラルイメージング技術を応用した電子雲の高時間分解計測技術を開発した。
研究最終年度である本年度は、開発した計測器を用いてレーザーを照射した際に標的裏面に生成される加速電場の領域（電子雲のサイズ）を実験的に測定した。5umの集光径のレーザーを標的に照射した際、標的裏面の電子雲サイズは20um程度までしか広がらないことが観測され、レーザー駆動イオンのエミッタンスの良さの理由が確認された。
実験結果は電磁粒子シミュレーションの結果と比較され、両者はよい一致を示した。合わせて近年、がんの重粒子線治療のために需要が高まっている炭素イオンの加速を行った。通常の加速では、標的薄膜に付着した水素の原子核の陽子が電荷質量比が大きいため優先的に加速され、炭素線を効率的に加速できない。本研究では誘導加熱を利用した表面汚染層のクリーニング方法を開発した。標的薄膜の一部は加熱開始後、わずか約100msで表面汚染層の除去に必要な400℃まで加熱されることが検証された。これにより10Hz以上の繰り返しで標的を交換した場合にも表面汚染層を除去することが可能となり、レーザー駆動による炭素線の高繰り返し加速を可能にした。
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Research Products
(5 results)
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[Journal Article] Induction heating for desorption of surface contamination for high-repetition laser-driven carbon-ion acceleration2023
Author(s)
Sadaoki Kojima, Tatsuhiko Miyatake, Hironao Sakaki, Hiroyoshi Kuroki, Yusuke Shimizu, Hisanori Harada, Norihiro Inoue, Thanh Hung Dinh, Masayasu Hata, Noboru Hasegawa, Michiaki Mori, Masahiko Ishino, Mamiko Nishiuchi, Kotaro Kondo, Masaharu Nishikino, Masaki Kando, Toshiyuki Shirai, Kiminori Kondo
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Journal Title
Matter Radiat. Extremes
Volume: 8
Pages: 054002
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Induction heating for desorption of surface contamination for high-repetition laser-driven heavy-ion acceleration2023
Author(s)
Sadaoki Kojima, Tatsuhiko Miyatake, Hironao Sakaki, Hiroyoshi Kuroki, Yusuke Shimizu, Hisanori Harada, Norihiro Inoue, Thanh Hung Dinh, Masayasu Hata, Noboru Hasegawa, Michiaki Mori, Masahiko Ishino, Mamiko Nishiuchi, Kotaro Kondo, Masaharu Nishikino, Masaki Kando, Toshiyuki Shirai, Kiminori Kondo
Organizer
Q-BASIS(Quantum Beam Application for Sciences and Industries 2023)
Int'l Joint Research
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