研究課題
本研究では，レーザー駆動イオン加速機構という高強度レーザーを用いたイオン加速手法を取り入れた，新機軸の重イオン加速器の実現を最終目的として、高品質な重イオンビーム生成手法およびビーム輸送手法の開発・診断を進めている。まず、レーザー駆動イオン加速機構によって発生するイオンについての特性診断を行うことから開始した。イオン分離型粒子数計測法の開発：レーザー駆動イオン加速機構では，様々なイオン核種が混在した連続的エネルギーを持つビームが発生するために、そのイオン核種が混在したビーム中から一つのイオン核種のみを選択して特性を診断する必要がある。そこで，静電レンズ及びトムソンパラボラ分光器を組み合わせ，核種が混在したイオンと計測対象である10 keV/uの4価炭素イオンを弁別する方法の原理実証を行った。計測結果をシミュレーション解析と比較し，レンズにより集束可能なmsr程度の立体角中の粒子数を診断可能であることが証明された。本成果はレーザー学会誌2022年1月号に掲載された。エミッタンス診断法の開発：一般的にイオン加速器では、ビーム品質の尺度として，運動方向の不均一性を示すエミッタンスという物理量で各加速器間の性能が比較される。そこで、レーザー駆動イオン加速における重イオンのエミッタンス診断に向け，四重極磁石とTime of Fligt法を組み合わせた診断手法を新たに提案し，シミュレーションにより本手法の妥当性について検証し、レーザー学会で口頭にて報告した。また，高品質なイオンビームを生成する条件を最適化することを目的として， Particle In Cellコードによりレーザープラズマ相互作用のシミュレーションを行い，レーザー照射条件を変更した場合のMeV級イオンビームが示すエミッタンスや電流量などの特徴やそのメカニズムについて解析し，応用物理学会で口頭にて報告した。
2: おおむね順調に進展している
当年度の予定であった10 keV/uの炭素ビームに関して，ビーム特性診断法を開発・原理実証し，レーザー学会誌に投稿した。また，当年度予定していたParticle in Cellコードを用いたレーザープラズマ相互作用過程のシミュレーションについても開始し，高品質なイオンビームを生成するためのレーザー照射条件の最適化にも着手し，その成果を応用物理学会にて報告しており，実測・シミュレーションにおいて，イオンビームを診断・解析が行われた。加えて，MeV級の重イオンにおけるビーム特性評価を目的とした新たな診断手法の開発にも着手し，その成果をレーザー学会にて報告し，本分野での周知を行った。当年度では，主に数10 keV/u級のエネルギー域の重イオン診断を目的としており広域な立体角におけるビーム特性の診断手法を開発するなどの成果が得られた。シミュレーションに関しても，当初予定していたビームダイナミクスの解析を行うとともに，照射するレーザー条件に応じたイオンビーム特性の解析も行い，当初予定していた内容に加えて最終年度に行う予定であったレーザー照射条件の最適化にも着手している。加えて，最終的な目標である，産業・医療・物理実験など様々な用途での利用が期待できる，MeV/u級の重イオンビーム特性の診断手法の開発に着手し，次年度以降に行う予定の内容も開始している。上記のように，当年度の計画をおおむね達成し，次年度以降の計画にも着手しているため，順調に進展している。
今後の研究では，MeV/u級のレーザー加速重イオンビーム特性診断に向けて，診断用ビームラインの設置，エミッタンス診断系の開発，シミュレーションによるレーザー照射条件の最適化・イオンビームダイナミクスの解析を行っていく。エミッタンス診断に関しては，当年度に検討した診断手法を実機にて製作し，これまでに診断された例のない，レーザー加速重イオンエミッタンスの実測に挑戦する。また，レーザー加速イオンにおいて，より高品質なビーム（低エミッタンス，高電流量）が生成される条件を最適化することを目的として，レーザー照射条件に応じたビーム品質が示す特性をParticle in Cellコードを用いて体系的に解析していく。シミュレーションによって得られた結果を基に，様々なレーザー照射条件（薄膜標的の厚み，レーザー強度等）でビーム診断を行い，同様の結果が得られるかを評価していくことで最適化を行っていく。
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The review of laser engineering
巻: 50 ページ: 42-46
