研究課題
基盤研究(A)
レーザーイオン加速研究では、粒子線がん治療への応用を念頭に据え、250 MeVのエネルギーを有する準単色陽子線の発生技術開発が1つのマイルストーンとなっている。我々は、マイクロメートルサイズの“球形”固体水素(=マイクロ水素クラスター)を生成させる独自技術を確立し、このマイクロ水素クラスターにレーザー照射して生成する相対論プラズマ中での多段階加速により、約300 MeVの準単色・高指向性の陽子線を発生させる新たな手法を計算機シミュレーションにより発見した。本研究では、多段階加速に関わる物理を実験とシミュレーションにより明らかにし、準単色300 MeV陽子線加速の実証を目指す。
プラズマミラーの導入とノズル形状の改造等により、25-35 MeVの準単色陽子線発生を実証した。専用のワークステーションを整備することで、実験とシミュレーションとの不一致の主要な原因を突き止め、目標としていた準単色300 MeV陽子線加速のための明確な指針が得られた。また、実験で観測された準単色陽子線が、新たな加速メカニズムによって発生していることを示す結果を得た。磁場計測装置の開発では、波面センサーを用いることでプラズマ中の磁場計測に成功した。トムソン散乱イメージング分光、X線分光においてもプラズマ中の磁場発生を示唆する結果を得るとともに、プラズマミラーの効果を視覚化することに成功した。
レーザーイオン加速において、100%陽子のみの高純度陽子線加速を繰り返し実現可能なのは、本研究で追求している水素クラスターなど水素のみで構成されたターゲットを用いる手法以外に選択肢はない。本研究により、実験とシミュレーションとの相違をもたらす原因が明らかとなったため、100 MeVを越える高純度陽子線加速のための明確な指針が得られた。また、プラズマ中の磁場を計測する手法の開発に成功したため、磁場がイオン加速に与える影響について調べることが可能になった。これら成果をもとに、今後、陽子を光速近くギガ電子ボルトを超える「相対論的陽子」にまで加速する新たな手法の開発を視野に入れた研究を推進する。
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すべて 国際共同研究 (14件) 雑誌論文 (22件) (うち国際共著 8件、 査読あり 21件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (75件) (うち国際学会 20件、 招待講演 13件) 備考 (1件)
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