2016 Fiscal Year Annual Research Report
Proton Beam Generation via Nanotube Accelerator
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26287146
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
村上 匡且 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 教授 (80192772)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 俊顕 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20502082)
金子 俊郎 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30312599)
山ノ井 航平 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 助教 (30722813)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノチューブ / レーザーイオン加速 / MeV級エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超高強度レーザーパルスを使ったイオン加速は、過去10年間多くの研究機関で精力的に研究されてきた。加速イオンの実用化のためには、特に単色エネルギーとコリメートされた高品質のビームを生成することが重要となってくる。レーザーにより加速されるイオンの特性は、使用されるターゲットの幾何形状に強く依存している。例えば良く知られているTNSA (Target Normal Sheath Acceleration)の手法では平板ターゲットの裏面に水素等の軽い原子層をコートし、これを表面からレーザーで照射し、結果として生成される協力な静電場によりプロトンビームを得ようとするものである。この手法ではコリメーションは良いが単色性に欠ける。また例えば球形のクラスターを用いたクーロン爆発では、２種イオンの混合等の最適化をする事によって、単色性は一定以上のものが得られるが、コリメーションに欠けている。二重構造のCNTターゲットを超高強度超短パルスレーザーで照射すると、ターゲット内の殆どの電子が強力なレーザー電場により吹き飛ばされる。こうして得られる特殊な形状をした静電場によって、ナノチューブに内装された水素は、非常に良くコリメートされると共に単色エネルギーを持つプロトンビームとしてCNTの両端から射出されることが３次元シミュレーションの結果わかった。シミュレーションでは、基本的に全ての粒子の２体相互作用を精密に解く分子動力学的手法による長大な計算を行なっている。今回、高品質のプロトンビームの生成を確認した事に加えて強調すべき事実は、この系において得られる静電場の強度が10^14 V/mという強大なものであることが観測されたという点である。今回、我々が提案する円筒形状のカーボンナノチューブを使ったプロトン加速では、コリメーションと単色性の双方において高いパフォーマンスを示す事が確認された。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Collisionless electrostatic shock formation and ion acceleration in intense laser interactions with near critical density plasmas2016
Author(s)
M. Liu, S. M. Weng, Y. T. Li, D. W. Yuan, M. Chen, P. Mulser, Z. M. Sheng, M. Murakami, L. L. Yu, X. L. Zheng, and J. Zhang
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Journal Title
Phys. Plasmas
Volume: 23
Pages: 1-8
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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