高強度レーザー生成プラズマにおける高エネルギー負イオンのダイナミクス

• 研究課題/領域番号: 21740404
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 中村 龍史 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (40318796)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2010年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2009年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: レーザープラズマ相互作用 / 相対論プラズマ / レーザーイオン加速 / イオン加速 / 磁気渦 / 負イオン / 粒子シミュレーション / 高強度レーザー

研究概要

高強度レーザーをガスターゲットに照射すると高エネルギーの荷電粒子やX線、γ線が発生する。本研究では、ガス密度プラズマからの高エネルギー負イオン及び正イオンの加速過程の研究を行い、新しい加速過程の提案を行った。具体的には、最近の実験で観測されたMeV を超える負イオンの加速過程を説明するクーロン爆縮モデルを提案し、実験結果の幾つかを説明することに成功した。また、ガスターゲットからの正イオン加速機構として磁気渦加速モデルを提案した。このモデルでは加速効率がシース場加速に比べ一桁程度高いことから、医療応用等を目的としたレーザー駆動イオン源の研究開発の進展にも寄与すると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Production of Xe K-shell X-rays by Laser-plasmas Interaction (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Hayashi, A.Pirozhkov, M.Kando, Y.Fukuda, A.Faenov, K.Kawase, T.Pikuz, T.Nakamura, H.Kiriyama, H.Okada, S.Bulanov
  • 雑誌名: Opt.Lett. 36 ページ: 1614-1614
• [雑誌論文] High energy ions from near-critical density plasmas viamagnetic vortex acceleration (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, S.Bulanov, T.Esirkepov, M.Kando
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 106 ページ: 135002-135002
• [雑誌論文] Interaction of high contrast laser pulse with foam-attached target (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, M.Tampo, R.Kodama, S.Bulanov, M.Kando
  • 雑誌名: Phys.Plasmas 17 ページ: 113107-113107
• [雑誌論文] FIREX project and effects of self-generated electric and magnetic fields on electron-driven fast ignition (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Mima, A.Shunahara, H.Shiraga, H.Nishimura, H.Azechi, T.Nakamura, et al.
  • 雑誌名: Plasma Phys.Cont.Fus. 52 ページ: 124047-124047
• [雑誌論文] Tomography of an ultrafast laser driven proton source (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Ter-Avetisyan, M.Schnuerer, P.Nickles, W.Sandner, M.Borghesi, T.Nakamura, K.Mima
  • 雑誌名: Phys.Plasmas 17 ページ: 163101-163101
• [雑誌論文] High energy ions from near-critical density plasmas via magnetic vortex acceleration (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction of high contrast laser pulse with foam-attached target (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, et al.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quasi-static electromagnetic pulse generated by ultra-intense laser pulses (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, K.Mima
  • 雑誌名: Eur.Phys.J.Special Topics 175 ページ: 195-195
• [雑誌論文] Coulomb implosion mechanism of negative ion acceleration in laser plasmas (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, Y.Fukuda, A.Yogo, et al.
  • 雑誌名: Phys.Lett.A 373 ページ: 2584-2584
• [雑誌論文] Ionization dynamics of cluster targets irradiated by x-ray free-electron-laser light (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, Y.Fukuda, Y.Kishimoto
  • 雑誌名: Phys.Rev.A 80 ページ: 53202-53202
• [雑誌論文] High energy negative ion generation by Coulomb implosion mechanism (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, Y.Fukuda, A.Yogo, et al.
  • 雑誌名: Phys.Plasmas 16 ページ: 113106-113106
• [雑誌論文] Acceleration of negative ions by Coulomb implosion mechanism (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, Y.Fukuda, A.Yogo, et al.
  • 雑誌名: AIP Proc. 1153 ページ: 125-125
• [雑誌論文] Energy increase in multi-MeV ion acceleration in the interaction of a short pulse laser with a cluster-gas target (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Fukuda, A.Faenov, M.Tampo, T.Pikuz, T.Nakamura, et al.
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 103 ページ: 165002-165002
• [雑誌論文] Correlation of spectral, spatial, and angular characteristics of an ultra short laser driven proton source (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Ter-Avetisyan, M.Schnuerer, P.Nickles, W.Sandner, T.Nakamura, K.Mima
  • 雑誌名: Phys.Plasmas 16 ページ: 43108-43108
• [雑誌論文] Guiding and confining fast electrons by transient electric and magnetic fields with plasma inverse cone. (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Lei, L.Cao, X.Yang, T.Nakamura
  • 雑誌名: Phys.Plasmas 16 ページ: 20702-20702
• [雑誌論文] Low-threshold ablation of dielectrics irradiated by picosecond soft x-ray laser pulses (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Faenov, N.Inogamov, T.Nakamura
  • 雑誌名: App.Phys.Lett. 94 ページ: 231107-231107
• [雑誌論文] Plasma physics and laser development for Fast-Ignition Realization Experiment (FIREX) Project (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Azechi, K.Mima, T.Nakamura
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 49 ページ: 104024-104024
• [雑誌論文] Characterization and control of ion sources from ultra-short high-intensity laser-foil interaction (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Ter-Avetisyan, M.Borghesi, M.Schun uerer, P.Nickles, W.Sandner, T.Nakamura, K.Mima
  • 雑誌名: Plasma Phys.Cont.Fus. 51 ページ: 124046-124046
• [雑誌論文] Submicron ionography of nanostrucutres using a femtosecond-laser-driven-cluster-based source (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Faenov, T.Pikuz, T.Nakamura
  • 雑誌名: App.Phys.Lett. 95 ページ: 101107-101107
• [雑誌論文] Ionography of nanostructures with the use of a laser plasma of cluster targets (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Faenov, T.Pikuz, T.Nakamura
  • 雑誌名: JETP Lett. 89 ページ: 485-485
• [雑誌論文] Coulomb implosion mechanism of negative ion acceleration in laser-plasmas (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, et al.
  • 雑誌名: Physics Letters A 373 ページ: 2584-2587
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ionization dynamics of cluster targets irradiated by x-ray free-electron-laser light (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, et al.
  • 雑誌名: Physical Review A 80
  • 査読あり
• [雑誌論文] High energy negative ion generation by Coulomb implosion mechanism (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, et al.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 16
  • 査読あり
• [学会発表] Particle-in-Cell simulations for laser-matter interactions (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura
  • 学会等名: 2nd UK-Japan winter school in high energy density science
  • 発表場所: Edinburgh, UK
• [学会発表] High energy ion generation via magnetic vortex acceleration (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, et al.
  • 学会等名: European Conference on Laser Interaction with Matter 2010
  • 発表場所: Budapest, Hungary
  • 年月日: 2010-09-08
• [学会発表] Ion acceleration in near-critical denisty plasmas viamagnetic vortex acceleration (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, S.Bulanov, T.Esirkepov, M.Kando
  • 学会等名: 2010 US-Japan workshop on laser-plasma interactions
  • 発表場所: Chicago, USA
• [学会発表] High energyion generationvia magnetic vortex acceleration (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, S.Bulanov, T.Esirkepov, M.Kando
  • 学会等名: 31st European conference on laser interaction with matter
  • 発表場所: Budapest,Hungary
• [学会発表] 磁気双極子渦形成によるレーザーイオン加速 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中村龍史、T.Esirkepov, J.Koga, S.Bulanov
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 岡山大学
• [学会発表] クーロン爆縮によるレーザープラズマからの負イオン加速 (2009)
  • 著者名/発表者名: 中村龍史、福田祐仁、余語覚文、反保元伸、神門正城、林由紀雄、亀島敬、A.Pirozhkov, T.Esirkepov, T.Pikuz, A.Faenov, 大道博行, S.Bulanov
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 熊本大学
• [産業財産権] クラスターガスターゲットを使った高効率イオン加速法、及び、加速装置 (2010)
  • 発明者名: 福田祐仁、中村龍史
  • 権利者名: 日本原子力研究開発機構
  • 産業財産権番号: 2010-264833
  • 出願年月日: 2010-11-29
• [産業財産権] クラスターターゲットを使った高効率イオン加速方、及び、加速装置 (2010)
  • 発明者名: 福田祐仁、中村龍史
  • 権利者名: 日本原子力研究開発機構
  • 産業財産権番号: 2010-264833
  • 出願年月日: 2010-11-29