超高電界レーザープラズマ加速器の研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07044096
• 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: SIDERS Craig LANL, 研究員 ; GORBUNOV Leo レベデフ物理研究所, 固体物理学科, 教授 ; DOWNER Miche テキサス大学, オースチン校・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 ; 古沢 孝弘 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (20251374) ; 柴田 裕美 東京大学, 原子力研究総合センター, 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 ; TAJIMA Toshi テキサス大学, オースチン校・物理学科, 教授
• キーワード: レーザー加速 / プラズマ加速

研究概要

今年度は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.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)チタンサファイアレーザーが用いられた.
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,およびジェット現象である.これらの現象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,理論およびシミュレーションから解析を行った.
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.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.現在はパリ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.
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.

研究成果

• [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)
• [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)
• [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)
• [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)
• [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)
• [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)