研究課題
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
超高強度レーザーを固体ターゲットに照射することで、高エネルギーイオンが加速され、その類まれな特徴より医療応用を含む様々な応用分野から着目されて、世界各国において、加速されるイオンビームの良質化の研究が精力的におこなわれているが、加速されるイオンのエネルギーは、未だに医療応用に必要なエネルギー(陽子線で～200 MeV)には達していない。本研究においては、ドイツヘルムホルツ研究所にある有力な技術シーズと我々の新規アイデアを融合させることで、イオンエネルギーの飛躍的な向上を目指す。
本研究の目的は、超高強度レーザーによって生成された高密度相対論的プラズマを制御することで、高エネルギーイオン発生を制御することである。生成される相対論的高密度プラズマを相対論的透過現象を介して、制御可能な「光学的に透明なプラズマとの相互作用」に落とし込み、屈折率の制御により、プラズマを制御する。本研究の実施には、研究を行うのが最適かつ唯一無二のレーザーであるDraco-PWレーザー（ドイツのヘルムホルツ研究所（HZDR））及びKPSIのJ-KARENPレーザーを用い、両者にて結果を再現することで信頼性の高いデータを取得する。今年度行ったJ-KAREN-Pにおける国際共同実験では、前年度に行ったターゲットへレーザーを45度で入射させた場合の実験に比較して、０度で入射させた実験を行った。レーザーパルスがターゲットと相互作用の後、透過してくる光のフーリエ変換スペクトル干渉計測を行い、ターゲットの厚みを変化させることで、レーザーが相対論的にターゲットを透過してくるタイミングが変化する一連のデータセットの取得に成功した。前年度と同様、実験前後においては、情報交換、論文化を目指したデータ解析の議論などを、ウェブ形式での会議をHZDRの研究者と共に定期的（２週間に一度のペースで）に行なった。
1: 当初の計画以上に進展している
超高強度レーザーとターゲットの相互作用の結果起こる、相対論的透過効果の時刻を計測するという試みにおいて、R4年度に行ったターゲットへの入射角度45度での相互作用時に加え、R5年度には0度入射時の相互作用の一連のデータの取得に成功したことで、異なる入射角における一連のデータの取得に成功した。0度入射の実験においては、円偏光・直線偏光時のデータの取得にも成功した。これらのデータは、同時にプラズマから発生した、イオン・電子のエネルギー及び空間分布、さらに、10keV領域のＸ線のスペクトル、及び入射レーザーのショットごとの空間位相、時間波形＆時間位相との同時計測であり、今後の解析結果をシミュレーションと突き合わせることで、今までにない精度で超高強度レーザーと固体薄膜との相互作用時のダイナミクス（＝イオンの加速場の時間発展）の理解が深まると考えられる。
J-KARENレーザーによってR4年度・R5年度に取得された相補的なデータの解析を進め、PICシミュレーションとの比較を行う。実験結果を再現するPICシミュレーションの中身を詳細に調べることで、いつの時点でプラズマが相対論的透過な状況になったのか、さらにその際、支配的なイオンの加速メカニズムはなにかを決定する。できるだけプラズマが相対論的透過な状況になるのを遅らせ、レーザーの放射圧で加速電場を形成しているイオン群を推し続ける時間が長くなり、結果としてイオンの加速エネルギーが上がる条件（レーザーの時間波形・及びターゲットの密度）は、どのレーザー入射角度で実現しているのか、を明確にする。高エネルギーのイオンが出る条件の安定性は現状あまりよいとは言えない。その不安定性がどこにあるのかを既存のデータを調査することで確かめる。そのうえで、次回の実験時に、不安定性を引き起こすと思われるノブを故意に動かすことで実験的に確証を得ることを目指す。Dracoレーザーでも、同様の実験を再現し、加速機構がロバストであることを見定める。
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すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 7件、 招待講演 9件)
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