| 研究課題/領域番号 |
20H04456
|
|---|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
|---|
研究代表者 |
SAHA Pranab 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 主任研究員 (10391335)
|
|---|
| 研究分担者 |
米田 仁紀 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 教授 (00210790)
柴田 崇統 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教 (20773956)
原田 寛之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 副主任研究員 (30601174)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
|
| キーワード | レーザー荷電変換 / レーザー制御 / レーザー光源開発 / 大強度陽子加速器 |
|---|
| 研究実績の概要 |
2021年度は、各担当者が以下の6項目(①～⑥)の開発、全員でレーザー荷電変換実験を実施した。①レーザー光源開発・レーザー制御では、分担者：米田と原田が最短100psのパルス幅を加速器のタイミング信号に同期して安定に出力するフロントエンド部、数100MHzのパルス列を一定出力になるように増幅するファイバー増幅器及び数μJのパルス出力を達成する最終段増幅器で構成する多段増幅レーザーシステムを開発した。②深紫外光レーザー開発では、分担者：米田が深紫外光発生のために非線形光学素子を用いた2倍波・4倍波とそれらの加算である5倍波の生成ならびに高耐久の光学ミラー開発を進めた。③レーザー出力の低減化では、分担者：米田と原田がイオンビームに照射するレーザー光を再度照射領域に16回像転送させる光学系を開発した。④イオンビーム最適化・相互作用理論研究では、代表者：サハがイオンビームライン（エネルギー：400MeV）のレーザー照射点におけるイオンビームの実空間・運動量空間の光学パラメータの最適化に向け、イオンビームのみの調整試験を実施し、ビームラインにおける大きなビーム損失がない状態で、分散関数の傾きを目標の半分まで調整することに成功した。⑤遷移状態計測装置の開発では、分担者：柴田がレーザー照射時のイオンの励起準位状態や効率を計測するために必要な遷移状態計測装置を開発した。⑥レーザー荷電変換実験整備では、分担者：原田がテストビームラインでのレーザー荷電変換実験に向けた準備として、50mの長距離の区間において真空パイプによるレーザー輸送光路を整備した。上記①と③で開発した光源と光学系を用いて、3MeVテストビームラインにおけるレーザー荷電変換実験を実施し、昨年度の実験結果である0.5%の約30倍となる16.8%の荷電変換効率(目標：5%)に成功した。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
レーザー荷電変換実験研究の基盤であるレーザー光源開発・レーザー制御では、数100MHzのパルス列の多段増幅レーザーシステムを開発し、時間制御も想定通りに完了した。本レーザー光源を用いて、3MeVテストビームラインにおけるレーザー荷電変換実験を実施し、イオンビームとの時空間マッチングに成功し、1パルスあたり1%以上の荷電変換効率を達成した。さらに、必要なレーザー出力低減に向けたイオンビームに照射するレーザー光を再度照射領域に16回像転送させる光学系の開発も成功し、その光学系を用いることで、最大16.8%の荷電変換に成功した。コロナ禍の状況のため、1か月間にわたる実験を1回しか実施することができなかったが、2020度の0.5%の荷電変換効率の30倍を上回る、5%の目標値以上の荷電変換を実現した。さらに、深紫外光レーザー開発では、光学素子を購入し、波長変換試験の実施及び高出力化に向けた試験を進めている。また、遷移状態計測装置の開発においても検出素子の購入・組立を完了し、校正試験を実施し、設計通りの計測装置としての性能を満たしていることを確認した。400MeVビームラインでの実験に向けたレーザー光路の整備に関しては、空気の揺らぎの影響を低減するための真空パイプへのアップグレードを完了し、安定性に向けた計測を継続的に実施している。以上のことから、計画通りにおおむね順調に進展していると判断した。
|
| 今後の研究の推進方策 |
今後、本研究をさらに推進すべく、以下を実施していく。
2021年度に開発したレーザー光源の出力部に増幅器を追加し、現状の数倍の高出力化を行う。さらに2021度開発し実験にてレーザー出力低減効果が実証できた16回像転送させる光学系に組み込んでいるミラーをより最適なものに改良し、転送回数を16回から32回に倍増させる。上記2つのレーザー光源と光学系を用いて、3MeVテストビームラインでレーザー荷電変換実験を実施し、2021年度に成功した16.8%を大きく上回る50%以上の荷電変換の達成を目指す。次に、400MeVビームラインでの実験に重要となる、深紫外光レーザー開発では、既存のレーザー光源から出力されたレーザー光（波長：1064nm）に対して非線形光学素子を用いて波長変換（1064nmから213nm）を行い、効率が最大となるような光学素子の設置角度や温度などのパラメータの探索を継続して行う。必要に応じて、追加で光学素子を購入する。遷移状態計測装置の開発では、校正試験を継続して実施し、400MeVビームラインでの実験で使用できるように、取り付け治具の製作も進める。レーザー光路整備に関しては、長距離のレーザー輸送における安定化が重要であるため、整備した50mの光路における輸送後のレーザー計測を継続して実施し、不安定である場合には、空気の流れ、温度依存などの要因の特定、対策・計測を繰返し実施し、安定化を実現する。
|
