Development of ultrashort-pulsed point neutron source driven by high-intensity lasers and its application to high-density plasma diagnostics

高强度激光驱动的超短脉冲点中子源的研制及其在高密度等离子体诊断中的应用

• 批准号: 22H01206
• 负责人: 安部 勇輝
• 金额: $ 10.32万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01206/
• 关键词: 中性子源; レーザー; 核融合

本研究の目的は，超短パルス「点」中性子源の開発及びその応用技術の確立によって，中性子ラジオグラフィによる高解像度・高時間分解画像診断を可能にすることである．研究代表者らが提唱する「爆縮不要の慣性核融合方式」をさらに発展させることで，球殻ターゲットへの一方向からのレーザー照射によってピコ秒・ミクロンスケールの超短パルス点中性子源を生成する実験を行った．これまでナノ秒レーザーを用いて行われてきた同手法に関する国内外の実験に対して，本研究ではピコ秒の超短パルスレーザーを用いることで集束プラズマの劇的な衝突エネルギーの向上に成功し，その結果，3桁以上の中性子生成効率の改善を達成した．中性子発生数はレーザーの出力エネルギー（or集光強度）の4乗に比例しており，その物理的説明の検討を行った．また，今年度は次年度実験に向けて，更なる中性子数増大を達成するためのターゲット形状の最適化と，中性子発生点の「大きさ」を計測するためのイメージングデバイスの開発を進めた．中性子イメージングでは，ぺナンブラと呼ばれる肉厚のピンホールを用いた中性子結像法を採用し，シンチレータパネルとマルチピクセル半導体光検出器を組み合わせたイメージングデバイスの開発を進めた．今年度予算で800μmピッチの液体シンチレータアレイの製作が完了し，関西光科学研究所（量研機構）のレーザー実験に相乗りで動作試験を行ったほか，マルチピクセル半導体光検出器用のバイアス回路及びVME規格の高速ADコンバータへの信号伝送回路の製作が完了した．以上の研究成果と超短パルス点中性子源の応用展望について，国内外の学会で発表したほか， Review of Scientific Instruments誌に1件論文掲載した．また，シンチレータパネルの開発に関連して同誌に2件，論文を掲載した．

这项研究的目的是通过开发超短脉冲的“点”中子来源并建立其应用技术来实现使用中子射线照相术的高分辨率，高级分辨成像诊断。通过进一步开发研究人员提出的“无浸渍惯性融合方法”，我们进行了一个实验，其中通过激光照射从一个方向到球形壳靶标产生了皮秒和微米尺度的超短脉冲中子源。为了响应于这种方法的国内和国际实验，直到现在使用纳秒激光器进行了这种方法，该研究通过使用Picsecond Ultra-sulta-sulta-sulta-sulta脉冲激光器成功地取得了巨大的改善，从而取得了巨大的改善，从而提高了超过三个幅度的中子生产效率。中子产生的数量与激光输出能（或光收集强度）的第四功率成正比，我们研究了物理解释。此外，为了准备下一个会计年度实验，我们一直在努力优化目标形状，以进一步增加中子数，并开发成像设备以测量中子生成点的“幅度”。在中子成像中，我们采用了一种称为Penumbra的厚针孔的中子成像方法，并开发了一种结合闪烁体面板和多像素半导体光电探测器的成像装置。在本财政年度完成了具有800μm音高的液体闪烁阵列的产生，并且完成了多像素半导体光电探测器的偏置电路，以及用于高速VME-标准AD转换器的信号传输电路。上述研究结果和超诸如中子中子资源的应用前景在国内和国际会议上介绍，并发表了一篇论文在《科学工具杂志》上。此外，关于闪烁体小组的开发，《杂志》上发表了两篇论文。

项目成果

A multi-stage scintillation counter for GeV-scale multi-species ion spectroscopy in laser-driven particle acceleration experiments

激光驱动粒子加速实验中用于GeV级多物种离子光谱的多级闪烁计数器

• DOI: 10.1063/5.0078817
• 发表时间: 2022
• 期刊: Review of Scientific Instruments
• 影响因子: 1.6
• 作者: Abe Y.;Kohri H.;Tokiyasu A.;Minami T.;Iwasaki K.;Taguchi T.;Asai T.;Kanasaki M.;Kodaira S.;Fujioka S.;Kuramitsu Y.;Fukuda Y.
• 通讯作者: Fukuda Y.

Mass-resolved ion measurement by particle counting analysis for characterizing relativistic ion beams driven by lasers

通过粒子计数分析进行质量分辨离子测量，用于表征激光驱动的相对论性离子束

• DOI: 10.1063/5.0101872
• 发表时间: 2022
• 期刊: Review of Scientific Instruments
• 影响因子: 1.6
• 作者: Minami T.;Tokiyasu A. O.;Kohri H.;Abe Y.;Iwasaki K.;Taguchi T.;Oda K.;Suzuki S.;Asai T.;Tanaka S. J.;Isayama S.;Kanasaki M.;Kodaira S.;Fukuda Y.;Kuramitsu Y.
• 通讯作者: Kuramitsu Y.

Predictive capability of material screening by fast neutron activation analysis using laser-driven neutron sources

使用激光驱动中子源进行快速中子活化分析的材料筛选预测能力

• DOI: 10.1063/5.0099217
• 发表时间: 2022
• 期刊: Review of Scientific Instruments
• 影响因子: 1.6
• 作者: Abe Y.;Nakao A.;Arikawa Y.;Morace A.;Mori T.;Lan Z.;Wei T.;Asano S.;Minami T.;Kuramitsu Y.;Habara H.;Shiraga H.;Fujioka S.;Nakai M.;Yogo A.
• 通讯作者: Yogo A.