| 研究課題/領域番号 |
25420911
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
余語 覚文 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 准教授 (50421441)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | レーザーイオン加速 / 高強度レーザー / レーザープラズマ相互作用 |
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| 研究実績の概要 |
本年度においては、大阪大学レーザーエネルギー学研究センターに設置されたLFEXレーザーを用いたレーザー駆動イオン加速実験を実施した。
イオン加速研究において一般に利用されている高強度レーザーは、パルス幅が数10～数100 fsであるため、相対論的集光強度であっても、全エネルギーは高々数10J程度である。これに対し、LFEXは時間幅1.5 ps、エネルギー1 kJのレーザーパルスを相対論的集光強度(10^19 Wcm^-2)に集光する性能を有し、ピークパワーでは米国立点火研究所を上回る、世界最高強度のレーザー装置であるため、長いパルス時間幅のレーザーに特徴的な、非線形な電子加熱機構およびイオン加速機構を検証することができる。
イオン加速実験では、本科研費を使用して、高エネルギーイオンに対応したイオン質量・電荷比測定装置（トムソンパラボラ）を開発した。本装置の真空槽とイオンコリメータは、将来的なイオンのスピン偏極測定に使用できるように、トムソンパラボラ部を取り外せるよう設計を考慮してある。
実験の結果、薄膜を用いたイオン加速によって、最大エネルギー約40 MeVの陽子の加速に成功した。過去の同様のレーザー（kJ, psパルス）を用いた実験が1例のみあるが、この時は10^20 Wcm^-2の集光強度で40 MeV以上の陽子を得ている。本研究では、この例の10分の1の集光強度で同程度のエネルギーの陽子加速エネルギーを得ているものであり、これまでのイオン加速機構では説明できない。
そこで、本研究では新しい機構として、非線形な電子の運動を考慮に入れた非線形真空加熱機構を提案している。この機構では、イオンのエネルギーはレーザ時間幅の平方根（非線形共鳴領域）あるいは3乗根（統計的加熱領域）に比例して増大するため、時間幅の長いレーザーによりイオンのエネルギーが増大することを解明された。
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| 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
他に類を見ないハイパワーレーザーであるLFEXを用いてイオン加速実験を行う機会を得て、なおかつイオン分析器の開発も順調に進捗した結果、高エネルギーイオンのエネルギー分析に成功した。ハイパワーレーザーによる大エネルギーパルス入射は、フェムト秒パルス高強度レーザーと比較して、レーザー誘起磁場の発生に対して優位に働くことが予想されるため、LFEXレーザーでイオン加速に成功した意義は大きい。
加えて、昨年までの実験結果をまとめて、前述した非線形真空加熱機構を用いた議論を行い、1篇の国際会議口頭発表、1篇の原著論文(PRLに投稿中)、1編の国内会議において発表している。
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| 今後の研究の推進方策 |
昨年度に引き続き、LFEXレーザーを用いたレーザー駆動イオン加速実験を実施する。スピン偏極の測定においては、レーザー誘起磁場による偏極の可能性に加えて、外部から超強磁場を印加することによる偏極の可能性を探る。超強磁場発生には、レーザー駆動キャパシタコイル（S. Fujioka et al., Scientific Reports 3, 1170 (2013).）を使用する。これまでの阪大レーザー研での実績として、最大値で数キロテスラの磁場の発生に成功しており、本提案でも協力を得ながら実験を遂行する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
イオン計測装置の製作において、予想金額との間に若干の差額が生じたため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
消耗品および旅費として使用する。
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