2023 Fiscal Year Annual Research Report
レーザー駆動イオン加速による高電離・短パルス重イオンビーム輸送ダイナミクスの解明
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22KJ2402
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
宮武 立彦 九州大学, 総合理工学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Keywords | レーザー駆動イオン加速 / 加速器 / エミッタンス / ビーム診断 / Particle-In-Cellシミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，高強度レーザーと固体薄膜の相互作用によりイオン加速を行う，レーザー駆動イオン加速機構によって新機軸イオン加速器を実現することを目的とし、発生するイオンビームの特性診断法の開発、イオン加速実験等を行ってきた。
レーザー駆動イオン加速機構では，様々な核種が混在し連続エネルギーを持つイオンビーム中から、特定のイオン種のみを選択して粒子数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C4＋を弁別する計測法を開発し、シミュレーションおよび実験結果から原理実証を行った。本成果はレーザー研究に掲載され、レーザー学会 論文賞【オリジナル部門】を受賞した。
また、レーザー加速イオンビームは、ビームが持つ横方向運動量ばらつきを示す「エミッタンス」と呼ばれるビーム特性が優れているといわれるが、その低エミッタンス特性を高精度に診断する手法が確立されていなかった。本研究では、その極めて優れたエミッタンス特性を高精度に診断することを目的とし、スリット計測法によるエミッタンス診断システムを開発した。使用するフィルム型線量計の空間分解能が診断精度に大きく影響したため、線量計の読み取り光学装置を新規に開発し、空間分解能を従来装置の83.3 umから11.9 umまで向上させ、計測精度を保証するシステムを確立した。レーザー駆動イオン加速実験にてMeV級プロトンビームのエミッタンス特性を診断した結果、エミッタンス特性が既存加速器より一桁程優れ、エミッタンス特性が薄膜標的条件によって制御できることを観測した。これらの内容は高輝度ビーム生成やレーザー駆動イオン加速器の設計に貢献するものであり、その成果はAIP Advancesへの掲載や国内外での学会発表などによって報告し、加速器学会年会賞を受賞した。
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[Journal Article] Enhanced ion acceleration from transparency-driven foils demonstrated at two ultraintense laser facilities2023
Author(s)
N. P. Dover, T. Ziegler, S. Assenbaum, C. Bernert, S. Bock, F. E. Brack, T. E. Cowan, E. J. Ditter, M. Garten, L. Gaus, I. Goethel, G. S. Hicks, H. Kiriyama, T. Kluge, J. K. Koga, A. Kon, K. Kondo, S. Kraft, F. Kroll, H. F. Lowe, J. Metzkes-Ng, T. Miyatake, et al.
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Journal Title
Light: Science & Applications
Volume: 12
Pages: 71
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Optimization of laser irradiation conditions for high-brightness beam generation in laser-driven ion beams2023
Author(s)
Tatsuhiko Miyatake, Sadaoki Kojima, Hironao Sakaki, Haruya Matsumoto, Thanh-Hung Dinh, Masayasu Hata, Masaharu Nishikino, Kotaro Kondo, Mamiko Nishiuchi, Yukinobu Watanabe, Yoshiyuki Iwata, Toshiyuki Shirai, Masaki Kando, Kiminori Kondo
Organizer
Quantum Beam Application for Sciences and Industries 2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] High-brightness beam generation in a laser-driven ion acceleration mechanism2023
Author(s)
Tatsuhiko Miyatake, Sadaoki Kojima, Hironao Sakaki, Haruya Matsumoto, Thanh-Hung Dinh, Masayasu Hata, Masaharu Nishikino, Kotaro Kondo, Mamiko Nishiuchi, Yukinobu Watanabe, Yoshiyuki Iwata, Toshiyuki Shirai, Masaki Kando, Kiminori Kondo
Organizer
The 79th Fujihara Seminar, Prospects for High Field Science 2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] レーザー駆動イオン加速機構における高品質イオンビーム生成2023
Author(s)
宮武 立彦, 小島 完興, 榊 泰直, ヂン タンフン, 畑 昌育, 錦野 将元, 西内 満美子, 渡辺 幸信, 岩田 佳之, 白井 敏之, 神門 正城, 近藤 公伯
Organizer
第20回日本加速器学会年会
