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超高電界レーザープラズマ加速器の研究

研究課題

研究課題/領域番号 07044096
研究種目

国際学術研究

配分区分補助金
応募区分共同研究
研究機関高エネルギー物理学研究所

研究代表者

小方 厚  高エネルギー物理学研究所, 加速器研究部, 教授 (60023727)

研究分担者 CORBUNOV Leo  レベデフ物理研究所, 固体物理学科, 教授
ANDREEV Niko  高エネルギー密度センタープラズマ研究部, 部長
SIDERS Craig  LANL, 研究員
DOWNER Miche  テキサス大学, オースチン校物理学科, 教授
古沢 孝弘  大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (20251374)
柴田 裕実 (柴田 裕美)  東京大学, 原子力総合センター, 助教授 (30216014)
川久保 忠通  高エネルギー物理学研究所, 加速器研究部, 教授 (70044774)
中西 弘  高エネルギー物理学研究所, 加速器研究部, 助教授 (00044769)
中島 一久  高エネルギー物理学研究所, 加速器研究部, 助教授 (80164177)
KIRSANOV Vic  高エネルギー密度センター, 上級研究員
FALCONE Roge  カリフォルニア大学, バークレー校物理学科教授, 教授
TAJIMA Toshi  テキサス大学, オースチン校物理学科教授, 教授
ILAN Ben-Zvi  Broolhaven National Laboratory
MATHIEUSSENT Gilles  University of Paris, SUD
CROS Brigitte  University of Paris, SUD
MILCHEBERG Howard  University of Marvland
CHATTOPADHVAV Swapon  Lawrence Berkelev National Laboratory
LEEMANS Wim  Lawrence Berkelev National Laboratory
MOUROU Gerald  University of Michigan
WURTELE Jonathan  University of California, Berkelev
WHITTUM David  Stanford Linear Accelerator Center
CHEN Pisin  Stanford Linear Accelerator Center
KATSOULEAS Tom  University of Southern California
GORBUNOV Leo  レベデフ物理研究所, 固体物理学科, 教授
MOUROU Geral  ミシガン大学, 超高速光科学センター, センター長
MILCHBERG Ho  メリーランド大学, 物理科学技術研究所, 助教授
LEEMANS Wim  ローレンスバークリー研究所, ビーム物理センター, 研究員
WURTELE Jona  カリフォルニア大学, バークリー校・物理学科, 教授
CROS Brigitt  パリ大学, プラズマ研究所, 研究員
WHITTUM Davi  スタンフォード大学, 線形加速器センター, 助教授
SHATOPADHYAY シャボン  ローレンスバークリー研究所, ビーム物理センター, センター長
FISHER David  テキサス大学, オースチン校物理学科, 研究員
PERRY Mike  ローレンスリバモア研究所, 主任研究員
KATSOULEAS T  南カリフォルニア大学, 電気光物理学科, 助教授
DANGOR A.E.  インペリアルカレッジ, 物理学科, 講師
GORUBUNOV Le  レベデフ物理学研究所, 固体物理学科, 教授
SIDERS Claig  テキサス大学, オースチン校物理学科, 研究員
MATHIEUSSENT ジル  パリ大学, プラズマ研究所, 研究所長
田島 俊樹  テキサス大学, オースチン校物理学科, 教授
研究期間 (年度) 1995 – 1996
研究課題ステータス 完了 (1996年度)
配分額 *注記
14,800千円 (直接経費: 14,800千円)
1996年度: 7,400千円 (直接経費: 7,400千円)
1995年度: 7,400千円 (直接経費: 7,400千円)
キーワードlaser acceleration / plasma acceleration / レーザー加速 / プラズマ加速 / レーザー / 加速器 / プラズマ
研究概要

高エネルギー物理学が加速器に要求するビームエネルギーはエスカレートする一方である.しかし現在の加速法では加速勾配が100MeV/m以下に限られているため,到達できるエネルギーには制限がある.プラズマとレーザーによる加速はこの限界を打破することを目的に研究されている.とくに近年の成果にはめざましいものがあり.10GeV/mを越える加速勾配の実証がつぎつぎと報告されている.
この研究はいまや原理実証の段階を脱却し,実用加速器の設計・試作の段階へ進もうとしている.これに伴い多くの研究者がこの研究に参加するに至り,学界でも世界的に一分野を形成するに至った.しかし実用加速器への道は険しく,国際協力が是非とも必要である.
この様な状況の下でこの科研費による国際協力は,われわれが所有するハードウェアを用いる実験を軸として行われた.実験に用いた電子ビームは東京大学工学部原子力工学実験施設の線形加速器のもので,エネルギー17MeV,単バンチ運転が可能で,バンチ電荷は約150pCである.またこれらの実験には,半値パルス幅100fs,出力2TW,中心波長790nmのT^3(テーブルトップ・テラワット)チタンサファィアレーザーが用いられた.
初年度はこれらのハードウェアの設営と立ちあげにあてた.またrfレーザーカソード電子銃の開発のための予備実験を行った.本格的な実験は今年度に始まった.以下の研究を行った.
-気体中のレーザーの伝搬の研究
-フェムト秒レーザービームとピコ秒加速器電子ビームの同期技術の確立
-レーザー航跡場による加速器電子ビームの加速
-rfレーザーカソード電子銃の開発
これらの研究の多くは東京大学工学部原子力工学実験施設と,日本原子力研究所関西研究所との共同研究として行われた.
気体中のレーザーの伝搬の研究では3つの発見があった.光導波路の形成、レーザーの異常な青方遷移,およびジェット現像である.これらの現像は従来の理論では説明がつかない.テキサス大学および高エネルギー密度センター(ロシア科学アカデミー)の専門家を招聘し,理論の構築およびシミュレーションを行った.
フェムト秒レーザービームとピコ秒加速器電子ビームの同期技術の確立においては,国際学術研究のおかげでLBL,BNLにおける経験を参考にすることが出来た.
加速実験は,この実験は初めてT^3レーザーを用いたこと,テストビーム発生に本格的な線形加速器を用いたことの2点で革新的である.得られたデータにはすくなくともふたつの意味がある.第1は最大100MeVをこえるエネルギー利得が観測されたことで,これは世界新記録である.このエネルギー利得は加速距離が回折で決まるものとして計算した値より一桁大きい.光導波路の形成が寄与した結果と思われる.
第2は,加速機構が,KEK/阪大レーザー研やRALで実験された自己変調加速とは異なり,線形プラズマ波によるものと思われることである.この機構は人為的な制御が容易であるという特徴があり,加速法の実用化に結びつくと期待されている.
しかし加速機構の物理を議論するにはまだデータが十分とはいえない.現在はパリ大学とテキサス大学で行われたレーザー干渉法による航跡場測定を日本で試みている段階である.この測定の立ちあげにはパリ大学のスタッフが,また測定が本格化した段階ではテキサス大学から原研に就職したスタッフが寄与している.このような人事交流はこの国際学術研究の大きな成果である.
rfレーザーカソード電子銃の開発は,日本で設計し,BNLで製作とテストを行うという方法で進んでいる.ほぼ電子銃は完成を見たので,来年度はこの電子銃を東京大学工学部原子力工学実験施設の線形加速器の部品として使う予定である.

報告書

(3件)
  • 1996 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1995 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (23件)

  • [文献書誌] K.Nakajima, M.Arinaga, et al.: "A GeV Laser Wakefield Accelerator Using Table-Top-Terawatt Laser" Proc.1994 Int.Linac Conf., Tsukuba. 795-797 (1995)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Nakajima, T.Kawakubo, et al.: "Proof of Principle Experiments of Laser Wakefield Acceleration" Proc.1994 Int.Linac Conf., Tsukuba. 798-800 (1995)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Ogata, H.Nakanishi, et al.: "Plasma Wakefield Acceleration in Overdense Regime Driven by Narrow Bunches" Proc.1994 Int.Linac Conf., Tsukuba. 801-803 (1995)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Nakajima, D.Fisher, et al.: "Observation of Ultrahigh Gradient Electron Acceleration by a Self-Modulated Intense Short Laser Pulse" Physical Review Letters. 74. 4428-4431 (1995)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Nakajima, T.Kawakubo, et al.: "Proof of Principle Experiments of Laser Wakefield Acceleration Using a 1ps 10TW Nd : Glass Laser" AIP Conference Proceedings. 335. 146-155 (1995)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Ogata, H.Nakanishi, et al.: "Nonlinear Acceleration Caused by a Plasma Wakefield in an Underdense Regime" AIP Conference Proceedings. 335. 501-504 (1995)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Nakajima: "challenge to a Table Top High-Energy Laser Wake-Field Accelerator" Physics of Plasmas. 3. 2169-2174 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Ogata, K.Nakajima, et al.: "Femtosecond Single-Bunched Linac for Pulse Radiolysis Based on Laser Wakefield Acceleration" IEEE Trans Plasma Sci.24. 453-459 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Nakajima, M.Kando, et al.: "A Table-Top X-Ray FEL Based on the Laser Wakefield Accelerator-Undulator System" Nucl.Instr.and Meth.A375. 593-596 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Ogata, K.Nakajima, et al.: "Production of Microbunches by a Laser Wakefield in a Plasma and Its Application : X-Ray Generation" AIP Conf.Proc.367. 463-472 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Nakajima, M.Arinaga, et al.: "A GeV Laser Wakefiekd Accelerator Driven by a T3 Laser EPA C96-Proc.5th European Particle Accelerator Conf., Sitges (Barcelona)" 842-844 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Kozawa, T.Ueda, et al.: "Plasma Wakefield Acceleration Driven by Mltiple Bunches EPA C96-Proc.5th European Particle Accelerator Conf., Sitges (Barcelona)" 856-858 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Ogata,K,Nakajima,T.Kozawa and Y.Yoshida: "Femtosecond Single-Bunched Linac for Pulse Radiolysis Based on Laser Wakefield Acceleration" IEEE Trans Plasma Sci.24. 453-459 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] K.Nakajima,M.Kando,T.Kawakubo,H.Nakanishi and A.Ogata: "A Table-Top X-Ray FEL Based on the Laser Wakefield Accelerator-Undulator System" Nucl.Instr.and Meth.A375. 593-596 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] A.Ogata,K.Nakajima,H.Nakanishi and T.Kawakubo: "Production of Microbunches by a Laser Wakefield in a Plasma and Its Application : X-Ray Generation" AIP Conf.Proc.367. 463-472 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] K.Nakajima,M.Arinaga,T.Kawakubo,H.Nakanishi,A.Ogata,M.Kando,T.Kozawa,H.Shibata,T.Ueda,M.Uesaka,H.Kotaki,K.Tani,B.Cros,N.E.Andreev and V.I.Kirsanov: "A GeV Laser Wakefield Accelerator Driven by a T3 Laser" EPAC96-Proc.5th European Particle Accelerator Conf.,Sitges (Barcelona),1996,(IOP Publishing 1996). 842-844 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] T.Kozawa,T.Ueda,T.Kobayashi,M.Uesaka,H.Shibata,M.Arinaga,T.Kawakubo,K.Nakajima,H.Nakanishi,A.Ogata,Y.Yoshida,N.Yugami and Y.Nishida: "Plasma Wakefield Acceleration Driven by Multiple Bunches" EPAC96-Proc.5th European Particle Accelerator Conf.,Sitges (Barcelona),1996, (IOP Publishing 1996). 856-858 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] A.Endo,T.Hori,K.Kobayashi,F.Sakai,M.Washio,K.Nakajima,A.Ogata,T.Kozawa,T.Ueda and M.Uesaka: "Photoelectron Generation by Femtosecond UV Laser" EPAC96-Proc.5th European Particle Accelerator Conf.,Sitges (Barcelona),1996, (IOP Publishing 1996). 1562-1564 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 小方厚: "新局面を迎えたプラズマ加速" 日本物理学会誌. 50. 736-738 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] K.Nakajima: "Development of Ultra-High-Gradient Particle Accelerators" Physics of Plasmas. (刊行予定). (1996)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] A.Ogata,K.Nakajima et al.: "Femto-Second Single-Bunched Linac for Pulse Radiolysis Based on Laser Wakefield Acceleration" IEEE Transactions on Plasma Science. (刊行予定). (1996)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] K.Nakajima,M.Kando,et al.: "A Table-Top X-Ray FEL Based on the Laser Wakefield Accelerator-Undulator" AIP Conference Proceedings. (刊行予定). (1996)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] A.Ogata,K.Nakajima,et al.: "Production of Micro-Bunches by a Laser Wakefield in a Plasma and lts Application : X-Ray Generation" AIP Conference Proceedings. (刊行予定). (1996)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書

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公開日: 1995-04-01   更新日: 2016-04-21  

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