2015 Fiscal Year Annual Research Report
相対論領域におけるクラスター媒質中での相乗的イオン加速機構の解明
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26247100
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
福田 祐仁 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (30311327)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
榊 泰直 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (00354746)
神野 智史 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80596924)
金崎 真聡 神戸大学, 海事科学研究科(研究院), 助教 (90767336)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 高強度レーザー / 粒子加速 / 陽子線 / クラスター / 相対論プラズマ / 高エネルギー密度 / Mie散乱 / 放射減衰 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速手法に対し、実験と理論・シミュレーションとを効果的に融合させ、100 メガ電子ボルト(MeV)を超える準単色イオンを安定発生させる手法の確立を目指している。これを達成するため、(1)プラズマ中の電場・磁場計測装置の開発、(2)プラズマ中の衝撃波可視化装置の開発、(3)電子のベータトロン運動に伴うX線検出装置開発、の3つの基盤技術開発を行い、(4)これら装置を用いたイオン加速実験と(5)理論・シミュレーション研究、とを効果的に融合させ研究を進める。
平成27年度は、(1)に関して、電場・磁場計測装置の製作を行った。また、固体飛跡検出器CR-39とラジオクロミックフィルムを検出器として用い、線形加速器からのイオンビームをメッシュ状構造体に照射し、加速器由来イオンビームの直進性（laminarity）について調べるとともに、電磁場構造イメージングのためのイオン検出器の性能評価実験を実施した。(2)に関して、小型シアリング干渉計の衝撃波可視化装置としての性能評価実験を実施した。(3)に関して、高エネルギー電子の放射減衰によるγ線発生がイオン加速に及ぼす影響を評価するシミュレーションを実施し、レーザー集光強度が放射減衰が支配的となる領域に達すると、イオン加速が抑制されることを新たに見い出した。(5)に関して、水素クラスターにレーザー照射した際、200メガ電子ボルト(MeV)を超える単色性の高い陽子線を発生させる条件を見いだし、特許出願を行った。
研究計画外の成果として、Mie散乱理論を使った水素クラスターサイズ評価手法開発において、測定誤差を考慮した応答関数の作成、および、正則化法を取り入れた解析手法の導入により、サイズ評価の精度を大幅に向上させることに成功した。
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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
当初予定していた関西研10 TW級JLITE-Xレーザーを用いた電磁場構造イメージング、水素クラスターターゲットによるイオン加速等の予備実験については、関西研1 PW級J-KAREN-Pレーザー装置の立ち上げ作業を優先したため、これらを実施することが出来なかった。この代わりとして、線形加速器からのイオンビームをメッシュ状構造体に照射することによる電磁場構造イメージングのためのイオン検出器の性能評価実験、および、小型シアリング干渉計の衝撃波可視化装置としての性能評価実験、を実施した。
理論・シミュレーション研究の方では、水素クラスターにレーザー照射した際、200メガ電子ボルト(MeV)を超える単色性の高い陽子線を発生させる条件を見いだすなど、本研究の目的である「100 メガ電子ボルト(MeV)を超える準単色イオンを安定発生させる手法の確立」に大きく寄与する成果が得られた（H27年度特許申請済み）。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度に、電場・磁場計測装置、衝撃波可視化装置について、関西研1 PW級J-KAREN-Pレーザー装置を用いた動作試験を行う。電場・磁場計測装置に関しては、昨年度までに開発したものに加え、第三高調波を用いた高感度計測装置の開発に取りかかる。また、関西研1 PW級J-KAREN-Pレーザー装置を用いた、水素クラスターターゲットによる100メガ電子ボルト(MeV)を超える単色陽子加速実験の平成29年度初頭での実施を目指した準備を進める。
平成28年度に、フランスエコールポリテクニークLULI研究所において、国際共同研究を実施し、クラスターターゲットによって発生する衝撃波のトムソン散乱によるプラズマ温度分布計測を行い、プラズマ中の非局所熱輸送や輻射熱変換過程とイオン加速との関連について調べる。
理論・シミュレーションにおいては、シングルクラスターからマルチクラスターへ系を拡張し、実験に近い状況での大規模シミュレーションを実施し、単色イオン発生に関わる素過程を詳細に調べ、実験条件設定に役立てる。
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| Remarks |
本科研費の研究内容を関する紹介webページ。
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[Journal Article] Observation of the inhomogeneous spatial distribution of MeV ions accelerated by the hydrodynamic ambipolar expansion of clusters2015
Author(s)
M. Kanasaki, S. Jinno, H. Sakaki, A. Ya. Faenov, T. A. Pikuz, M. Nishiuchi, H. Kiriyama, M. Kando, A. Sugiyama, K. Kondo, R. Matsui, Y. Kishimoto, K. Morishima, Y. Watanabe, C. Scullion, A. G. Smyth, A. Alejo, D. Doria, S. Kar, M. Borghesi, K. Oda, T. Yamauchi, and Y. Fukuda
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Journal Title
Radiation Measurements
Volume: 83
Pages: 12-14
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Revealing the second harmonic generation in a femtosecond laser-driven cluster-based plasma by analyzing shapes of Ar XVII spectral lines2015
Author(s)
E. Oks, E. Dalimier, A. Faenov, T. Pikuz, Y. Fukuda, A. Andreev, J. Koga, H. Sakaki, H. Kotaki, A. Pirozhkov, Y. Hayashi, I. Skobelev, S. Pikuz, T. Kawachi, M. Kando, K. Kondo, A. Zhidkov, and R. Kodama
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Journal Title
Optics Express
Volume: 23
Pages: 250983 (15pp)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Using LiF crystals for high-performance neutron imaging with micron-scale resolution2015
Author(s)
A. Faenov, M. Matsubayashi, T. Pikuz, Y. Fukuda, M. Kando, R. Yasuda, H. Iikura, T. Nojima, T. Sakai, M. Shiozawa, R. Kodama and Y. Kato
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Journal Title
High Power Laser Science and Engineering
Volume: 3
Pages: e7 (9pp)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Ion accelerations via the interaction of intense lase pulses with cluster targets2015
Author(s)
Y. Fukuda, M. Kanasaki, S. Jinno, H. Sakaki, M. Nishiuchi, A. Pirozhkov, H. Kiriyama, M. Kando, K. Kondo, T. A. Pikuz, A. Ya. Faenov, T. Yamauchi, K. Oda, C. Scullion, A. G. Smyth, A. Alonso, D. Doria, M. Borghesi, R. Matsui, and Y. Kishimoto
Organizer
2nd European Advanced Accelerator Concepts Workshop (EAAC)
Place of Presentation
Isola d'Elba, Italy
Year and Date
2015-09-13 – 2015-09-19
Int'l Joint Research
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[Presentation] Evolution of a Sedov-Taylor blast-wave: nonlocal heat transport and field effects2015
Author(s)
L. Romagnani, A. Marocchino, A. Ravasio, A. Levy, D. Vernhet, E. Larmour, C. Prigent, M. Grech, Y. Fukuda, J. Satoshi, L. Lancia, D. Doria, and M. Borghesi
Organizer
42nd European Physical Society Conference on Plasma Physics
Place of Presentation
Lisbon, Portugal
Year and Date
2015-06-22 – 2015-06-26
Int'l Joint Research
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[Presentation] Acceleration of background gas ions induced by the Coulomb explosion of clusters2015
Author(s)
Y. Fukuda, M. Kanasaki, S. Jinno, H. Sakaki, M. Nishiuchi, A. Ya. Faenov, T. A. Pikuz, H. Kiriyama, M. Kando, K. Kondo, K. Oda, T. Yamauchi, K. Morishima, Y. Watanabe, C. Scullion, A. G. Smyth, A. Alonso, D. Doria, M. Borghesi, R. Matsui, and Y. Kishimoto
Organizer
Laser Plasma Acceleration Workshop (LPAW) 2015
Place of Presentation
Guadeloupe, France
Year and Date
2015-05-10 – 2015-05-15
Int'l Joint Research
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