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

通过激光驱动离子加速阐明高电离和短脉冲重离子束的输运动力学

• 批准号: 22KJ2402
• 负责人: 宮武 立彦
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2402/
• 关键词: レーザー駆動イオン加速; エミッタンス; ビーム診断; paticle in cellシミュレーション; 重イオン; 電流量; レーザー駆動イオン加速; エミッタンス; ビーム診断; paticle in cellシミュレーション; 重イオン; 電流量

本研究では，高強度レーザーを薄膜に照射することで発生する電荷分離電場でイオン加速を行う，レーザー駆動イオン加速手法を用いて，新機軸の重イオン加速器を実現することを目的としている。本年度は，イオンビームの品質を決定するイオン加速メカニズムの解明にむけ，レーザープラズマシミュレーション及びMeV級イオンビーム特性計測実験等を行った。レーザー駆動イオン加速機構によって発生するイオンビームは，一般的な加速器と比較して低エミッタンス性（エミッタンス：ビームを構成する粒子の運動方向の不均一性），短パルス性に優れていると言われている。一方で，レーザー加速器の開発を行っていくうえで，レーザーの照射条件（薄膜ターゲットやレーザー集光の条件など）に対して，発生するイオンビームの品質（エミッタンスや電流値など）がどのような相関を持つかを把握することは極めて重要であるが，それらは十分に理解されていない。そこで本研究では，レーザー照射条件とビーム特性の持つ相関を評価するために，Particle in cellコードを用いてレーザー照射パラメータを最適化するのためのシミュレーションを行い，MeV級のイオン加速においてビーム輝度に大きな変化をもたらすパラメータを発見した。加えて，これらのシミュレーション結果を実験的に明らかにするために，レーザー加速イオンビームのビーム特性計測実験を行った。これらの成果は，IPAC’22(ポスター)及び日本加速器学会(口頭)において報告した。また，レーザー加速イオンビームの極めて小さな横方向エミッタンスを高精度に計測するためには，検出器にマイクロメートル級の高い空間分解能が必要であることがシミュレーションによって明らかになった。そのため，ラジオクロミックフィルムと呼ばれるフィルム型の検出器を用い，マイクロメートル級の空間分解能と高い線量定量性をもつ計測手法を開発した。

这项研究旨在使用激光驱动的离子加速技术实现新的重离子加速器，该加速器使用将高强度激光照射到薄膜上而产生的电荷分离电场来加速离子。今年，我们进行了激光等离子体模拟和实验，以测量MEV级离子束特性，以阐明决定离子束质量的离子加速度机制。据说由激光驱动的离子加速器产生的离子束具有优质的低排放（发射：构成束的颗粒运动方向上的不均匀性）和与一般加速器相比的短脉冲特性。另一方面，在开发激光加速器时，了解产生的离子束（发射率，当前价值等）的质量与激光辐射条件（例如薄膜靶标和激光聚焦条件）相关，这一点极为重要，但是这些质量尚未完全理解。因此，在这项研究中，为了评估激光照射条件和梁特性之间的相关性，我们进行了模拟以使用细胞代码中的粒子进行优化激光辐照参数，并发现了在MEV级离子离子加速期间带来巨大变化的参数。此外，为了实验阐明这些模拟的结果，我们进行了光束特性测量实验，对激光加速离子束。这些结果在IPAC'22（海报）和日本加速器学会（口头）上进行了报道。此外，模拟显示，为了测量具有高精度激光加速离子束的极小侧向发射，检测器需要高级微米级的空间分辨率。因此，我们使用称为Rajortromic膜的薄膜型检测器开发了一种使用微米级空间分辨率和高剂量定量测定的测量方法。