レーザーとプラズマの相互作用におけるイオンビームの輸送と追加速方法の探索

• 研究課題/領域番号: 15K05359
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 宇都宮大学
• 研究代表者: 川田 重夫 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30150296)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2015年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: レーザーイオン生成 / レーザー生成イオンビーム制御 / 粒子線がん治療 / レーザープラズマ相互作用 / ビームバンチング / ビームコリメーション / 追加速 / ビーム輸送 / レーザーイオン加速 / レーザー生成イオンビームの制御 / レーザー粒子加速 / イオン加速制御 / イオンビーム輸送 / イオンビーム制御

研究成果の概要

本研究では，レーザーとプラズマの相互作用におけるイオンビームの輸送と追加速方法の探索を目的とした。高強度短パルスレーザー技術の進展により，レーザー加速のイオンビームの研究・利用が現実味を帯びてきた。レーザー加速のイオンビームの制御を行うことに研究が移行しつつある。イオンビームを，粒子線がん治療・材料改変や基礎研究他の実用に供するためには，様々な制御が必要であり，目的に合った粒子エネルギー，エネルギースペクトル，ビーム長，イオンビーム広がりなどの制御の高度化が欠かせない。本研究では，このレーザー生成イオンビームの輸送と追加速方法を探索し，近い将来における実用への道につなげる新たな方法を見つけた。

研究成果

• [国際共同研究] Fudan University/Shagnhai Jiaotong University/National Univ. of Defense Technology(China)
• [国際共同研究] CZech Technical University/ELI Beamlines/Hilase(Czech)
• [国際共同研究] Vavilov State Optical Inst.(ロシア連邦)
• [国際共同研究] Max Born Inst.(Germany)
• [国際共同研究] Fudan University/Institute of Physics, Peking/Shanghai Jiao Tong University(China)
• [国際共同研究] Czech Technical University/Eli Beamlines(チェコ)
• [国際共同研究] Vavilov State Optical Inst./A. M. Prokorov General Physics Inst.(ロシア連邦)
• [国際共同研究] Max-Born Institute, Berlin(Germany)
• [国際共同研究] Fudan University/Institute of Physics, Peking/Shanghai Jiao Tong University(China)
• [国際共同研究] Chech Techincal University/ELI Beamlines(チェコ)
• [国際共同研究] Vavilov State Optical Inst./A M Prokhorov General Phys. Inst.(ロシア連邦)
• [国際共同研究] Max-Born-Institut, Berlin/Forschungszentrum Juelich GmbH, Juelich(ドイツ)
• [雑誌論文] Dynamic stabilization of filamentation instability (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Kawata, Y. J. Gu, X. F. Li, T. Karino, H. Katoh, J. Limpouch, O. Klimo, D. Margarone, Q. Yu, Q. Kong, S. Weber, S. Bulanov, and A. Andreev
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 25 号: 1
  • DOI: 10.1063/1.5017517
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of bromine-dopant on radiation-driven Rayleigh-Taylor instability in plastic foil (2017)
  • 著者名/発表者名: B.B. Xu, Y.Y. Ma, X.H. Yang, W.H. Tang, Z.Y. Ge, Y. Zhao, Y.Z. Ke and S. Kawata
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 59 号: 10 ページ: 105012-105012
  • DOI: 10.1088/1361-6587/aa80b6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] on Acceleration by Ultra-intense Laser Pulse Interacting with Double-layer Near-critical Density Plasma (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. J. Gu, Q. Kong, S. Kawata, T. Izumiyama, T. Nagashima, M. Takano, X. F. Li, Q. Yu, D. Barada, Y. Y. Ma and P. X. Wang
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 688
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ion beam control in laser plasma interaction (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kawata, T. Izumiyama, D. Sato, T. Nagashima, M. Takano, D. Barada, Y. J. Gu, Y. Y. Ma, Q. Kong, P. X Wang and W. M. Wang
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 688 ページ: 012045-012045
  • DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012045
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Collimation of laser-produced proton beam (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Takano, T. Nagashima, T. Izumiyama, Y. J. Gu, D. Barada, Q. Kong, P. X. Wang, Y. Y. Ma, W. M. Wang and S. Kawata
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 688 ページ: 012061-012061
  • DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012061
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Controllable laser ion beam generation (2016)
  • 著者名/発表者名: D Kamiyama, M Takano, T Nagashima, D Barada, Y J Gu, X F Li, Q Kong, P X Wang and S Kawata
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 717 ページ: 012065-012065
  • DOI: 10.1088/1742-6596/717/1/012065
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Control of laser absorbing efficiency and proton quality by a specific double target (2016)
  • 著者名/発表者名: Q Yu, Y J Gu, X F Li, J F Qu, Q Kong and S Kawata
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 18 号: 8 ページ: 083024-083024
  • DOI: 10.1088/1367-2630/18/8/083024
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced electron positron pair production by ultra intense laser irradiating a compound target (2016)
  • 著者名/発表者名: X Liu, Y Y Ma, T P Yu, J Zhao, X H Yang, L F Gan, G B Zhang, Y Zhao, S J Zhang, J J Liu, H B Zhuo, F Q Shao and S Kawata
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 58 号: 12 ページ: 125007-125007
  • DOI: 10.1088/0741-3335/58/12/125007
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Controllable Laser Ion Acceleration (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kawata, D. Kamiyama, Y. Ohtake, M. Takano, D. Barada, Q. Kong, P. X. Wang, Y. J. Gu, W. M. Wang, J. Limpouch, A. Andreev, S. V. Bulanov, Z. M. Sheng, O. Klimo, J. Psikal, Y. Y. Ma, X. F. Li, and Q. S. Yu
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 691 ページ: 012021-012021
  • DOI: 10.1088/1742-6596/691/1/012021
  • NAID: 130008157768
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Calculating the radiation characteristics of accelerated electrons in laser-plasma interactions (2016)
  • 著者名/発表者名: X. F. Li, Q. Yu, Y. J. Gu, J. F. Qu, Y. Y. Ma, Q. Kong and S. Kawata
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 23 号: 3
  • DOI: 10.1063/1.4943408
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-Flux low-divergence positron beam generation from ultra-intense laser irradiated a tapered hollow target (2015)
  • 著者名/発表者名: Jian-Xun Liu, Yan-Yun Ma, Jun Zhao, Tong-Pu Yu, Xiao-Hu Yang, Long-Fei Gan, Guo-Bo Zhang, Jian-Feng Yan, Hong-Bin Zhuo, Jin-Jin Liu, Yuan Zhao and Shigeo Kawata
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 22 号: 10 ページ: 1031021-6
  • DOI: 10.1063/1.4932997
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced electron injection in laser-driven bubble acceleration by ultra-intense laser irradiating foil-gas targets (2015)
  • 著者名/発表者名: Guo-Bo Zhang, Yan-Yun Ma, Han Xu, Nasr A. M. Hafz, Xiao-Hu Yang, Min Chen, Tong-Pu Yu, De-Bin Zou, Jian-Xun Liu, Jian-Feng Yan, Hong-Bin Zhuo, Long-Fei Gan, Li-Chao Tian, Fu-Qiu Shao, Yan Yin, and S. Kawata
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 22 号: 8
  • DOI: 10.1063/1.4927583
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electron self-injection into the phase of a wake excited by a driver laser in a nonuniform density target (2015)
  • 著者名/発表者名: Q. Yu, Y. J. Gu, X. F. Li, S. Huang, Q. Kong and S. Kawata
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 22 号: 7
  • DOI: 10.1063/1.4926589
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-quality electron beams generation in a linear upramp density target (2015)
  • 著者名/発表者名: Q. Yu, Q. Kong, Y. J. Gu, X. F. Li, S. Huang and S. Kawata
  • 雑誌名: Euro physics Letters 巻: 110 号: 3 ページ: 35002-35002
  • DOI: 10.1209/0295-5075/110/35002
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 高強度短パルスレーザーと薄膜の相互作用によるバンチングについて (2017)
  • 著者名/発表者名: 北田 耕平, 大竹 祐太朗, 中里 和貴, 李 暁鋒, 川田 重夫
  • 学会等名: 第7回電気学会東京支部栃木・群馬支所 合同研究発表会
  • 発表場所: 足利工業大学工学部
  • 年月日: 2017-03-02
• [学会発表] 高強度短パルスレーザーと薄膜ターゲットを用いたイオンビームのコリメーション (2017)
  • 著者名/発表者名: 辻中直人, 中里 和貴, 大竹 祐太朗, 北田 耕平, 伊藤慎太郎, 李 暁鋒, 川田 重夫
  • 学会等名: 第7回電気学会東京支部栃木・群馬支所 合同研究発表会
  • 発表場所: 足利工業大学工学部
  • 年月日: 2017-03-02
• [学会発表] 高強度短パルスレーザーと薄膜との相互作用によるイオンビームの生成について (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 慎太郎, 北田 耕平, 辻中 直人, 中里 和貴, 大竹 祐太郎, 李 暁鋒, 川田 重夫
  • 学会等名: 第7回電気学会東京支部栃木・群馬支所 合同研究発表会
  • 発表場所: 足利工業大学工学部
  • 年月日: 2017-03-02
• [学会発表] HIF research activities in Japan (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Kawata
  • 学会等名: US Japan Workshop on Intense Beam Physics, Materials Studies and Heavy Ion Fusion
  • 発表場所: LBNL (Lawrence Berkeley National Lab.), U. S. A.
  • 年月日: 2017-02-21
  • 国際学会
• [学会発表] Collimated ion-beam generation in laser-plasma interaction (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Kawata, K. Nakazato, Y. Otake, S. Ito, X. F. Li, Y.J. Gu, Q. Kong, P.X. Wang and Q. Yu
  • 学会等名: 10th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications(IFSA2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Collimation and bunching of laser-driven ion beam (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Nakazato, S. Kawata, Y. Otake, K. Kitada, N. Tsujinaka, S. Ito, X. F. Li, Y. J. Gu, Q. Kong, P.X. Wang and Q. Yu
  • 学会等名: 10th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications(IFSA2017)
  • 国際学会
• [学会発表] 高強度短パルスレーザーによるイオンビームの高品質化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中里 和貴，大竹 祐太朗，李 曉鋒，川田 重夫，Gu YanJun，Kong Qing，Wang PingXiao，Yu Qin
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
• [学会発表] 高強度短パルスレーザーにより生成されたイオンビームのコリメーションについて (2017)
  • 著者名/発表者名: 舘 健介, 中里 和貴, 滝沢 裕一郎, 李 曉鋒, 顧 彦, 川田 重夫
  • 学会等名: 第8回電気学会東京支部栃木・群馬支所 合同研究発表会
• [学会発表] 高強度短パルスレーザーによるイオンビーム生成の高効率化について (2017)
  • 著者名/発表者名: 滝沢 裕一郎, 中里 和貴, 李 曉鋒, 顧 彦, 川田 重夫
  • 学会等名: 第8回電気学会東京支部栃木・群馬支所 合同研究発表会
• [学会発表] 高強度短パルスレーザーによるイオンビームの制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中里和貴, 大竹祐太朗, 李暁鋒, 川田重夫, Y. J. Gu, Q. Kong P. X. Wang, Q. Yu
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
• [学会発表] レーザーとターゲットの相互作用によるイオンビームの高品質化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大竹祐太朗，中里和貴，李暁鋒，川田重夫，Yan Jun Gu，Qing Kong，Ping Xiao Wang，Qin Yu
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 高強度レーザーによるイオンビームのコリメーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 中里和貴，大竹祐太朗，李暁鋒，川田重夫，Y.J.Gu，Q.Kong，P.X.Wang，Q.Yu
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Control of Laser-Driven Ion Acceleration (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Nakazato, Y. Ootake, S. Kawata, X. F. Li, Y. J. Gu, Q. Kong, P. X. Wang, Q. Yu
  • 学会等名: 21th International Symposium on Heavy Ion Fusion (HIF2016)
  • 発表場所: Astana, Kazakhstan
  • 年月日: 2016-07-18
  • 国際学会
• [学会発表] Controllable multi-stage laser ion acceleration (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kawata, Y. Ohtake, D. Kamiyama, D. Barada, Q. Kong, Y. J. Gu, P. X. Wang, Y. Y. Ma, W. M. Wang, X. F. Li, Q. Yu, J. Limpouch, A. Andreev, S. Bulanov, Z. M. Sheng, O. Klimo and J. Psikal
  • 学会等名: 2nd International Symposium Series on High Power Laser Science and Engineering(HPLSE2016)
  • 発表場所: Suzhou, China
  • 年月日: 2016-03-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Controllability of Laser Ion Beam Generation (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Kamiyama, Y.Ohtake, M.Ito, K. Nakazato, I. Hirasima, D. Barada, Y. J. Gu, X. F. Li, Q. Kong, P. X. Wang, Q. Yu and S. Kawata
  • 学会等名: ASHULA Grand Seminar /Symposium 2016
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2016-01-05
  • 国際学会
• [学会発表] Controllable Laser Ion Beam Generation (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Kamiyama, M. Takano, T. Nagashima, D. Barada, Y. J. Gu, X. Li, Q. Yu, Q. Kong, P. X. Wang and S. Kawata
  • 学会等名: 9th International Conference on Inertial Fusion Science and Applications (IFSA2015)
  • 発表場所: Seattle, Washington, U.S.A.
  • 年月日: 2015-09-20
  • 国際学会
• [学会発表] プラズマ中の誘導電場用いたイオンビームの質向上 (2015)
  • 著者名/発表者名: 神山大樹, 高野真弘, 長嶋俊宏, 茨田大輔, Y. J. Gu, X. Li, Q. Kong, P. X. Wang, 川田重夫
  • 学会等名: 日本物理学会2015秋季大会
  • 発表場所: 関西大学(千里山キャンパス)
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Controllable Laser Ion Acceleration (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kawata, D. Kamiyama, Y. Ohtake, D. Barada, Q. Kong, P. X. Wang, Y. J. Gu, W. M. Wang, J. Limpouch, A. Andreev, S. V. Bulanov, Z. M. sheng, O. Klimo, J. Psikal, Y. Y. Ma, X. F. Li and Q. S. Yu
  • 学会等名: 24th Annual International Laser Physics Workshop(LPHYS’15)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2015-08-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] プラズマ入門（第２版） (2016)
  • 著者名/発表者名: 川田重夫
  • 総ページ数: 116
  • 出版者: 森北出版