レーザー駆動光核反応中性子による大型検体非破壊検査技術の開発

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26246043
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 西村 博明 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 教授 (60135754)
• 研究分担者: 中井 光男 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 教授 (70201663) ; 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) ; 有川 安信 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 講師 (90624255) ; 三間 圀興 光産業創成大学院大学, その他の研究科, その他 (30033921) ; 阪部 周二 京都大学, 化学研究所, 教授 (50153903) ; 大竹 淑恵 独立行政法人理化学研究所, その他部局等, その他 (50216777)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 中性子ラジオグラフィ / レーザー駆動中性子源

研究実績の概要

研究の目的は光核反応を基本としてレーザー駆動中性子発生技術を開発し、発生の高効率化を目指すとともに、時間弁別中性子イメージング検出器を開発することにより、最終的に30cm厚鉄筋コンクリートの中性子ラジオグラフィの可能性を調べる事である。本年度は、1．レーザー駆動光核反応中性子発生にいたる物理原理のシミュレーション計算、2．繰り返しレーザーを用いた基礎実験を行った。また3．中性子画像計測器の試作機を作り動作確認を行なった。1.に関して、レーザーを金属ターゲットに照射してから中性子発生にいたる一連のプロセス体系が完成した。中性子発生率を上げるためには、ターゲット材料は金、タンタル、鉛のいずれかがよい事、ターゲット厚さはおよそ10mmが最適であることが示された。またターゲット表面にプレパルスを当てるなどして、希薄なプラズマを作っておく事で発生する高速電子のスペクトルが高エネルギー化し、中性子発生効率が格段に向上する事も明らかと成った。2．京都大学化学研のレーザー装置を用いて、レーザーのプレパルスの量を変化させて、電子スペクトルの変化を観測した。1で得られたシミュレーション結果を良く再現する実験結果がえられ、シミュレーション予測が正しい事が検証された。3．中性子画像計測器の試作機として、微細構造シンチレーターアレープレートを開発した。網目構造の細かいアルミハニカム素材を利用し、安価で大型化が容易な製作方法を確立した。シンチレーター表面の像をリレーレンズでイメージインテンシファイアCCDカメラに結像する構成の試作機を完成させた。γ線源（密封放射線源）を用いてシンチレーション発光を起こしたシンチレーション発光像を捉える事に成功し、基本的な構成要素が完成している事が確認された。

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

レーザープラズマ放射高速電子や硬X線発生に関するプレプラズマ効果に関する理論・シミュレーションを行うとともに、レーザープラズマ実験を当初計画通り実施した。これに加え、同時並行で中性子画像計測器の開発ができ、ライナックを用いた動作確認実験までが進んだ。これは当初計画外であった。

今後の研究の推進方策

平成27年度には1．中性子画像計測器を完成させ、加速器等を用いて性能評価を行う。はじめは阪大内の電子加速器装置で発生させるパルスX線で実験を行ない、次に理化学研究所にある小型加速器中性子源で試験を行う。2．また大強度レーザーLFEXによる光核反応中性子発生実験を行ない、レーザーから中性子へのエネルギー変換効率を測定する。当初の研究計画では、レーザー駆動の高エネルギー電子由来の制動放射を用いた光核反応であったが、これに加え、レーザー加速プロトンによる核破砕中性子も加える計画である。

研究成果

• [雑誌論文] 高強度レーザーを用いた光核反応中性子発生 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中井光男、有川安信、宇津木卓、西村博明、宮永憲明、疇地宏、Hui Chen
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 43 ページ: 98-102
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-Intensity Neutron Generation via Laser-Driven Photonuclear (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Arikawa, M. Utsugi, M. Alessio, T. Nagai, Y. Aabe, S. Kojima, S. Sakata, H. Inoue, S. Fujioka, Z. Zhang, H. Chen, J. Park, J. Williams, T. Morita, Y. Sakawa, Y. Nakata, J. Kawanaka, T. Jitsuno, N. Sarukura, N. Miyanaga, M. Nakai, H. Shiraga, H. Nishimura, H. Azechi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 10 ページ: 2404003-1~3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Self-generated magnetic dipoles in weakly mahnetized beam plasma system (2015)
  • 著者名/発表者名: Qing Jia, Kunioki Mima, Hong-bo Cai, Taguchi Toshihiro, Hideo Nagatomo, and X.T.He
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 91 ページ: 023107
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevE.91.023107
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 高速中性子の応用ーインフラ予防保全へー (2015)
  • 著者名/発表者名: 大竹淑恵
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 43 ページ: 71-76
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 高強度短パルスレーザー駆動ナノ微粒子クーロン爆発による発生中性子数のレーザーエネルギー則 (2015)
  • 著者名/発表者名: 阪部周二、橋田昌樹
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 43 ページ: 82-87
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 超高強度レーザーを用いたレーザー核融合中性子計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 有川安信、長井隆浩、安部勇輝、宇津木卓、山ノ井航平、清水俊彦、猿倉信彦、西村博明、中井光男、疇地宏
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 43 ページ: 103-107
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Characterizing a fast-response, low-afterglow liquid scintillator for neutron time-of-flight diagnostics in fast ignition experiments (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Abe, H. Hosoda, Y. Arikawa, T. Nagai, S. Kojima, S. Sakata, H. Inoue, Y. Iwasa, K. Iwano, K. Yamanoi, S. Fujioka, M. Nakai, N. Sarukura, H. Shiraga, T. Norimatsu, H. Azechi
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 85 ページ: 11E126-1~3
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4896957
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of Multichannel Time-of-Flight Neutron Spectrometer for the Fast Ignition Experiment (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Abe, H. Hosoda, Y. Arikawa, T. Nagai, S. Kojima, S. Sakata, H. Inoue, Y. Iwasa, K. Iwano, S. Fujioka, H. Shiraga, M. Nakai, T. Norimats and H. Azechi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 9 ページ: 4404110-1~3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of multichannel low-energy neutron spectrometer. Review of Scientific Instruments (2014)
  • 著者名/発表者名: Y Arikawa, T Nagai, Y Abe, S Kojima, S Sakata, H Inoue, M Utsugi, Y Iwasa, T Murata, N Sarukura, M Nakai, H Shiraga, S Fujioka, H Azechi
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 85 ページ: 11E125-1~3
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4895826
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Neutron Imaging Diagnostics and Reconstructing Technique for Fast Ignition (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Inoue, Y. Arikawa, S. Nozaki, S. Fujioka, T. Nagai, S. Kojima, Y. Abe, S. Sakata, A. Kinjo, M. Nakai,
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 9 ページ: 4404108-1~3
• [雑誌論文] Development of compton X-ray spectrometer for fast ignition experiment (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kojima, Y. Arikawa, T. Ikenouchi, T. Nagai, Y. Abe, S. Sakata, H. Inoue, T. Namimoto, S. Fujioka, M. Nakai, H. Shiraga, Tetsuo Ozaki, M. Asakawa, R. Kato, H. Azechi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 9 ページ: 4405109-1~4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Development of the Neutron Detector for the Fast Ignition Experiment by using LFEX and Gekko XII Facility (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Nagai, M. Nakai, Y. Arikawa, Y. Abe, S. Kojima, S. Sakata, H. Inoue, S. Fujioka, H. Shiraga, N. Sarukura, T.Norimatsu, H.Azechi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 9 ページ: 4404105-1~4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Accuracy of Compton X-ray Spectrometer Evaluated with Bremsstrahlung X Rays Generated by 6 MeV electron bunch (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kojima, Y. Arikawa, Y. Nishimura, H. Togawa, Z. Zhang, T. Ikenouchi, T. Ozaki, A. Morace, T. Nagai, Y. Abe, S. Sakata, H. Inoue, M. Nakai, H. Nishimura, H. Shiraga R. Kato , S. Miyamoto, M. Yamaguchi, A. Takemoto, S. Fujioka, and H. Azechi
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 85 ページ: 11D634-1~3
  • DOI: 10.1063/1.4894447
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photonuclear reaction based high-energy x-ray spectrometer to cover from 2 MeV to 20 MeV (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Sakata, Y. Arikawa, S. Kojima, T. Ikenouchi, T. Nagai, Y. Abe, H. Inoue, A. Morace, M. Utsugi, R. Kato, H. Nishimura, M. Nakai, H. Shiraga, S. Fujioka, H. Azechi
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 85 ページ: 11D629-1~3
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4893943
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 高速点火実験における高ノイズ過酷環境下でのX線並びに中性子計測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中井 光男 , 有川 安信 , 古賀 麻由子, 安部勇輝, 長井隆浩, 前川修, 藤岡慎介, 白神宏之, 疇地宏
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 90 ページ: 659-664
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 橋梁構造物に関する非破壊検査 (2014)
  • 著者名/発表者名: (1)大竹淑恵、須長秀行
  • 雑誌名: JACIC情報 巻: 110 ページ: 62-69
• [学会発表] 表面にモスアイ構造をもつ薄膜ターゲットからのレーザー駆動陽子線発生 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中島裕人，井上峻介，寺本研介，中宮義英，宮坂泰弘，橋田昌樹，阪部周二
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 表面にナノ構造をもつ薄膜ターゲットからのレーザー駆動陽子線発生 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中島裕人，井上峻介，寺本研介，中宮義英，宮坂泰弘，橋田昌樹，阪部周二
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第35回年次大会
  • 発表場所: 東海大学高輪キャンパス・東京
  • 年月日: 2015-01-11 – 2015-01-12
• [学会発表] Success of Non-destructive Visualization with Fast and Slow Neutrons by RIKEN Compact Neutron Source (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Otake
  • 学会等名: 2014 Material Research Society Fall meeting and Exhibit
  • 発表場所: Boston
  • 年月日: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [学会発表] Evaluation of laser-driven electron energy spectrum with High Energy X-ray Spectrometer under low preplasma condition (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ikenouchi, A. Yogo, H. Nishimura, M. Utsugi, S. Kojima, Y. Arikawa, A. Morace, K. Teramoto, Y. Nakashima, S. Inoue, M. Hashida, S. Sakabe, S. Fujioka, M. Nakai, K. Mima, Y. Otake and H. Azech
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: 朱鷺メッセ、新潟
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] 薄膜上にナノ周期構造を付したターゲットからのレーザー駆動陽子線 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中島裕人，井上峻介，寺本研介，畑昌育，中宮義英，橋田昌樹，阪部周二
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: 朱鷺メッセ、新潟
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] Quantitative Kα line spectroscopy for energy transport in fast ignition plasma driven with LFEX PW laser (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Nishimura, Z. Zhang, T. Ikenouchi, S. Fujioka, Y. Arikawa, M. Nakai, H. Chen, J. Park, G. J. Williams, T. Ozaki, H. Shiraga, S. Kojima, H. Hosoda, N. Miyanaga, J. Kawanaka, Y. Nakata, T. Jitsuno and H. Azechi
  • 学会等名: 16th International Workshop on Radiative Properties of Hot Dense Matters
  • 発表場所: ウイーン、オーストリア
  • 年月日: 2014-09-29 – 2014-10-03
• [学会発表] Ion acceleration via "stochastic vacuum heating" (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Yogo, S. V. Bulanov, K. Ogura, M. Mori, A. S. Pirozhkov, T. Zh. Esirkepov, M. Kanasaki, H. Sakaki, Y. Fukuda, P. R. Bolton, and K. Kondo
  • 学会等名: International congress on plasma physics
  • 発表場所: リスボン、ポルトガル
  • 年月日: 2014-09-15 – 2014-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] Ultra high magnetic field effects on laser plasma laser interactions (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Mima, Qing Jia, T.Taguchi, H.Nagatomo, T.Johzaki, A.Sunahara, S.Fujioka, H.B.Cai, X.T.He, and Y.Kato
  • 学会等名: European Conference on Plasma Physics
  • 発表場所: ベルリン、独
  • 年月日: 2014-06-20 – 2014-06-27
• [学会発表] The Generation of Proton Beam by Interaction of Thin Films and Intense Laser Pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakashima, S. Inoue, K. Teramoto, D. Ikeda, M. Hata, M. Hashida, and S. Sakabe
  • 学会等名: APLS2014 (The 9th Asia Pacific Laser Sympisium)
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-04-21 – 2014-04-25