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2023 年度 実績報告書

レーザー中性子源の深化ー中性子分析への応用をめざしてー

研究課題

研究課題/領域番号 22H02007
配分区分補助金
研究機関大阪大学

研究代表者

余語 覚文  大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (50421441)

研究分担者 早川 岳人  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 光量子ビーム科学研究部, 上席研究員 (70343944)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード中性子共鳴吸収分析 / レーザー駆動中性子源 / 固体水素薄膜 / 温度計測
研究実績の概要

本研究では、レーザー中性子源の実用化のために、より高効率な中性子発生機構の追求と生成した中性子による分析技術の開発を行う。そのため、代表者等が発見したスケーリング則を適用しつつ冷却装置による固体重水素薄膜を用いることでレーザーエネルギーから重水素加速エネルギーへの変換効率を上げる。また、短パルス性を大きく損なわない減速体系を構築する。2m 以下の距離に検出器を設置し中性子飛行時間計測法でエネルギーを計測しつつ検出域の前にサンプルを配置することで、シングルショット中性子共鳴吸収分析法の開発を行う。

クライオ冷却による固体重水素薄膜生成装置の開発を完了し、セルフサポートの重水素薄膜(厚さ100μm)を生成して、大型レーザー装置LFEXからの高強度レーザーパルス(10^19 Wcm^-2, 1.5 ps)を照射することで、重陽子加速試験を実施した。その結果、重陽子のエネルギー分布に特徴的なピーク構造が見出された。従来の加速機構(TNSA機構)とは異なる機構が発現していることが示唆される結果である。シミュレーションを含めた理論的解析を進めている。

また、シングルショット中性子分析の実証研究においては、中性子共鳴吸収分析を実施し、サンプルの昇温に伴って共鳴吸収ピークの半値幅がドップラーシフトによって増大する結果を、シングルショット計測することに成功した。従来の加速器中性子を用いた研究例では、10m級のビームラインで時間積算計測が行われていたが、本研究では、1.8mの距離で、レーザー1ショットで計測する点が特徴である。遮蔽(ニッケル管等)を配置することで測定ノイズ等に起因するばらつきを低減し、実験で得られた共鳴吸収ピークからドップラーシフトを導出することに成功した。その結果、ドップラーシフトが温度の平方根に依存することが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
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

シングルショット共鳴吸収分析における温度依存性の成果を、Nature Comunications誌に投稿し、査読が最終段階にある。また、中性子ビームラインの遮蔽設計に関する成果[Lan et al., Quantum Beam Sci. 8(1) 9 (2024)]および、クライオ冷却による固体重水素薄膜生成装置の開発に関する成果[Wei et al., Jpn. J Appl. Phys. 63(4) 046002 (2024)]が投稿論文として出版された。また、上記の成果を2件の国際会議において招待講演として報告した他、国内学会(原子力学会、レーザー学会、日本物理学会)において報告した。
加えて、レーザー駆動中性子源に関する成果に対して、第45回応用物理学会論文賞を授与された。

今後の研究の推進方策

シングルショット共鳴吸収分析に関しては、遮蔽ビームラインの改善をさらに進める。また、新たに、位置分解機能を有する中性子分析器を米国、英国の研究者を含む国際チームで開発し、レーザー駆動中性子源によるシングルショット計測実験を実施する計画である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Cryogenic solid deuterium target formation to realize highly pure deuteron acceleration by high-intensity laser2024

    • 著者名/発表者名
      Wei Tianyun、Iwamoto Akifumi、Lan Zechen、Hayakawa Takehito、Arikawa Yasunobu、Tanabe Daiki、Ishimoto Takashi、Mori Takato、Takeshita Masatoshi、Murakami Masakatsu、Gu Yanjun、Morace Alessio、Nakai Mitsuo、Yogo Akifumi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 63 ページ: 046002~046002

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad32e6

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a Time-Gated Epithermal Neutron Spectrometer for Resonance Absorption Measurements Driven by a High-Intensity Laser2024

    • 著者名/発表者名
      Lan Zechen、Arikawa Yasunobu、Abe Yuki、Mirfayzi Seyed Reza、Morace Alessio、Hayakawa Takehito、Wei Tianyun、Yogo Akifumi
    • 雑誌名

      Quantum Beam Science

      巻: 8 ページ: 9~9

    • DOI

      10.3390/qubs8010009

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Advances in laser-driven neutron sources and applications2023

    • 著者名/発表者名
      Yogo A.、Arikawa Y.、Abe Y.、Mirfayzi S. R.、Hayakawa T.、Mima K.、Kodama R.
    • 雑誌名

      The European Physical Journal A

      巻: 59 ページ: 19~91

    • DOI

      10.1140/epja/s10050-023-01083-8

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] レーザー駆動線源による中性子共鳴吸収 III シングルショット分析におけるサンプル温度依存性2024

    • 著者名/発表者名
      余語 覚文,Lan Zechen,有川 安信,早川 岳人,Mirfayzi Seyed Reza、Wei Tianyun,巽 湧太,佐藤 博隆,加美山 隆,小泉 光生
    • 学会等名
      日本原子力学会2024年春の年会
  • [学会発表] レーザー駆動中性子源によるシングルショット分析2024

    • 著者名/発表者名
      余語 覚文,Mirfayz Seyed Reza,有川 安信,安部 勇輝,Wei Tianyun,森 隆人,Lan Zechen,朴木 裕貴,Golovin Daniil O,鈴木 洋介,金崎 真聡,藤岡 慎介,中井 光男,早川 岳人,西村 博明,兒玉 了祐
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Efficient deuteron acceleration with cryogenic solid deuterium target by picosecond petawatt laser2024

    • 著者名/発表者名
      韋添允,岩本晃史,有川安信,Morace Alessio,早川岳人,三間圀興,藍沢塵,Jiaqi Zhang,巽湧太,山ノ井航平,余語覚文
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] シングルショット共鳴分光を実現するレーザー駆動中性子源2024

    • 著者名/発表者名
      藍 沢塵,有川 安信,Morace Alessio,早川 岳人,加美山 隆,佐藤 博隆,Wei Tianyun,巽 湧太,Mirfayzi Reza,小泉 光生,安部 勇輝,藤岡 慎介,三間 国興,児玉 了祐,余語 覚文
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第44回年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Quasi-mono energetic deuteron beam by laser with ultra-thin D2O layer2024

    • 著者名/発表者名
      韋 添允,有川 安信,Morace Alessio,Mirfayzi Seyed,早川 岳人,三間 圀興,藍 沢塵,巽 湧太,山ノ井 航平,兒玉 了祐,余語 覚文
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第44回年次大会
  • [学会発表] Exploring “Nuclear Photonics” with High Power Lasers2023

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Yogo
    • 学会等名
      The 12th Asia-Pacific Laser Symposium APLS 2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Advances in Laser-driven Neutron Sources and Applications at Osaka University2023

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Yogo
    • 学会等名
      Nuclear Photonics 2023
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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