レーザー時間・空間位相制御による超高強度加速電場の時間・空間強度の制御

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05506
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 西内 満美子 (高井満美子) 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (70391315)
• 研究分担者: 榊 泰直 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (00354746)
• 研究期間 (年度): 2016-10-21 – 2019-03-31
• キーワード: 超高強度レーザー / 波面 / 時間位相 / レーザー駆動イオン加速

研究実績の概要

本研究において、今まで制御することが難しかった超高強度レーザーと薄膜との相互作用において重要な役割を果たす、超高強度電場の生成を時間・空間的に積極的に制御を試みる。この電場自体の空間及び時間発展によって、被加速粒子の電荷分布及びエネルギーが大きく変化するために、この電場の空間及び時間発展の制御は非常に重要である。最終的には如何に単一電荷分布、及び、準単色化エネルギースペクトルを持つコリメートされたイオンビームの生成に向けて、最適化されたレーザーの時間空間分布を決定することを目的とする。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

前年度の引き続き、量研機構・関西研におけるJ-KAREN-Pレーザーを用いて、時間位相及びレーザーの波面をacoustic optics (dazzler)及びデフォーマブルミラーを用いて積極的に制御し、レーザー駆動電子線、及びイオン線の発生の違いが分かるデータセットを取得し解析を行った。実験データをより深く理解するために、ハイドロシミュレーションとParticle In Cellシミュレーションによるハイブリッドシミュレーションを行い、レーザーの、特に時間波形の及ぼす加速電場への影響が明らかになりつつあり、現在論文を執筆中である。

今後の研究の推進方策

J-KAREN-Pレーザーによって引き続き実験を行う。特にレーザーの空間波面に制御を積極的にかけることを試みる。レーザーとターゲットの相互作用面である、臨界密度領域からのレーザーの反射光、及び透過光を計測することで、相互作用の空間分布の詳細に関して、情報を得ることを試み、これらの情報を総合して、レーザー駆動粒子線の加速電場の理解を行い、最終的には制御を試みる。

次年度使用額が生じた理由

次回の実験が当初予定2017月12月より、2018年5月からになったためであり、執行が遅れたが、速やかに実験に必要な物品を購入するとともに、実験に向けて準備を進める。

研究成果

• [国際共同研究] Joint Institute for High Temperatures(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: Joint Institute for High Temperatures
• [雑誌論文] The J-KAREN-P Facility Laser Performance Status (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu KIRIYAMA, Mamiko NISHIUCHI, Alexander S. PIROZHKOV, Yuji FUKUDA, Hironao SAKAKI, Akito SAGISAKA, Nicholas P. DOVER, Kotaro KONDO, Koichi OGURA, Michiaki MORI, Yasuhiro MIYASAKA, Nobuhiko NAKANII, Kai HUANG, James K. KOGA, Timur Zh. ESIRKEPOV, Masaki KANDO, and Kiminori KONDO
  • 雑誌名: The review of Laser Engineering 巻: 46 ページ: 134,137
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ion Acceleration Experiment with the High Intensity, High Contrast J-KAREN-P Laser System (2018)
  • 著者名/発表者名: Mamiko NISHIUCHI, Hiromitsu KIRIYAMA, Hironao SAKAKI, Nicholas P. DOVER, Kotaro KONDO, Takumi MIYAHARA, James K. KOGA, Alexander S. PIROZHKOV, Akito AGISAKA, Yuji FUKUDA, Koichi OGURA, Yukinobu WATANABE, Masaki KANDO, and Kiminori KONDO
  • 雑誌名: The review of Laser Engineering 巻: 46 ページ: 145,147
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of Carbon-Ion Radiotherapy Facilities at NIRS (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Iwata, Takashi Fujita, Tetsuya Fujimoto, Takuji Furukawa, Yousuke Hara, Kiminori Kondo,Kota Mizushima, Takeshi Murakami, Masayuki Muramatsu, Mamiko Nishiuchi, Estuo Noda, Koji Noda,Hironao Sakaki, Naoya Saotome, Yuichi Saraya, Shinji Sato, Toshiyuki Shirai, and Ryohei Tansho
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY 巻: 28 ページ: 4400807-1,-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] High contrast high intensity petawatt J-KAREN-P laser facility at QST (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiuchi, H. Kiriyama, H. Sakaki, N. P. Dover, K. Kondo, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, Y. Fukuda, K. Nishitani, T. Miyahara, K. Ogura, M. A. Alkhimova, T. A. Pikuz, A. Y. Faenov, Y. Watanabe, J. Koga, S. V. Bulanov, M. Kando, K. Kondo
  • 雑誌名: SPIE proceedings 巻: 102410N-1 ページ: 102410N-6
  • DOI: 10.1117/12.2271172
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scintillator-based transverse proton beam profiler for laser-plasma ion sources (2017)
  • 著者名/発表者名: N. P. Dover, M. Nishiuchi, H. Sakaki, M. A. Alkhimova, A. Ya. Faenov, Y. Fukuda, H. Kiriyama, A. Kon, K. Kondo, K. Nishitani, K. Ogura, T. A. Pikuz, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, M. Kando, and K. Kondo
  • 雑誌名: Review of Scientific instruments 巻: 88 ページ: 073304-1,-7
  • 査読あり
• [学会発表] Present status of the laser-driven particle acceleration experiments by the high intensity (1022 Wcm-2) high contrast (10-11) laser system J-KAREN-P (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiuchi, H. Kiriyama, H. Sakaki, A.Pirozhkov, Y. Fukuda, N.P. Dover, K. Kondo, K. Nishitani, T. Miyahara, Sagisaka, M. A. Alkhimova, T. Pikuz, Ya.Faenov,K.Ogura, T.Zh,Esirkepov, Y. Watanabe, J.K.Koga, S.V.Bulanov, M. Kando, and K. Kondo
  • 学会等名: High Energy Density Science 2017 Yokohama
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High Contrast High Intensity Petawatt J-KAREN-P Laser facility at QST (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiuchi, H. Kiriyama, H. Sakaki, A.Pirozhkov, Y. Fukuda, N.P. Dover, K. Kondo, K. Nishitani, T. Miyahara, Sagisaka, M. A. Alkhimova, T. Pikuz, Ya.Faenov,K.Ogura, T.Zh,Esirkepov, Y. Watanabe, J.K.Koga, S.V.Bulanov, M. Kando, and K. Kondo
  • 学会等名: SPIE Optics + Optoelectronics 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Particle Acceleration by the High intensity (～10^22W/cm2), High Contrast (<10-11), Repetitive (0.1 Hz) J-KAREN-P Laser (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiuchi, H. Kiriyama, H. Sakaki, A.Pirozhkov, Y. Fukuda, N.P. Dover, K. Kondo, K. Nishitani, T. Miyahara, Sagisaka, M. A. Alkhimova, T. Pikuz, Ya.Faenov,K.Ogura, T.Zh,Esirkepov, Y. Watanabe, J.K.Koga, S.V.Bulanov, M. Kando, and K. Kondo
  • 学会等名: The 25th International Conference on Advanced Laser Technologies ALT’17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Laser-driven Heavy Ion Acceleration Research at KPSI @QST (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiuchi, H. Sakaki, N.P. Dover, Ko. Kondo, T. Miyahara, H.Kiriyama, A.S.Pirozhkov , A.Sagisaka, M. A. Alkhimova, T.Pikuz, A.Ya.Faenov, Y. Fukuda, K.Ogura, Y. Watanabe, J.K.Koga, N. Iwata, Y. Sentoku, M. Kando, and K. Kondo
  • 学会等名: Laser Congress 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超高強度短パルスレーザー駆動型イオン源 (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiuchi, H. Sakaki, N.P. Dover, Ko. Kondo, T. Miyahara, H.Kiriyama, A.S.Pirozhkov , A.Sagisaka, M. A. Alkhimova, T.Pikuz, A.Ya.Faenov, Y. Fukuda, K.Ogura, Y. Watanabe, J.K.Koga, N. Iwata, Y. Sentoku, M. Kando, and K. Kondo
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
  • 招待講演