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

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。

本研究的目的是实现一种采用激光驱动离子加速方法的新型重离子加速器，该方法利用高强度激光照射薄膜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MeV级离子束特性测量实验，以阐明决定离子束质量的离子加速机制。与一般的加速器相比，由激光驱动的离子加速机构产生的离子束据说具有优异的低发射率（发射率：构成束的粒子的运动方向的不均匀性）和短脉冲特性。另一方面，在开发激光加速器时，重要的是要考虑所产生的离子束的质量（发射率、电流值等）与激光照射条件（薄膜靶材、激光聚焦条件等）的关系。了解是否存在相关性极其重要，但尚未完全了解。因此，在本研究中，为了评估激光照射条件与光束特性之间的相关性，我们使用单元代码中的粒子进行了优化激光照射参数的模拟，并进行了MeV-下激光照射参数优化的模拟。类离子加速我们发现了一个带来很大变化的参数。此外，为了通过实验阐明这些模拟结果，我们进行了测量激光加速离子束的束流特性的实验。这些结果已在 IPAC'22（海报）和日本加速器协会（口头）上报告。模拟还表明，为了精确测量激光加速离子束极小的横向发射率，探测器需要具有微米级的高空间分辨率。为此，我们开发了一种具有微米级空间分辨率和高剂量定量的测量方法，使用称为放射变色胶片的胶片型探测器。

项目成果

レーザー駆動イオン加速機構による炭素イオンビームエミッタンス診断

利用激光驱动离子加速机制的碳离子束发射诊断

• 发表时间: 2022
• 作者: 宮武立彦;小島 完興;榊 泰直;近藤 康太郎;西内 満美子;ヂン タンフン;錦野 将元;渡辺 幸信;岩田 佳之;白井 敏之;神門 正城;近藤 公伯
• 通讯作者: 近藤 公伯

ラジオクロミックフィルムを用いたマイクロメートル空間分解能の線量計測手法の開発

利用放射变色膜开发微米级空间分辨率的剂量测量方法

• 发表时间: 2023
• 作者: 宮武立彦;小島 完興;榊 泰直;竹本 伊吹,ヂン タンフン;畑昌育;錦野 将元;近藤 康太郎;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
• 通讯作者: 近藤 公伯

レーザー駆動イオン加速機構におけるビームエミッタンス評価

激光驱动离子加速机构中的束发射率评估

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
• 作者: 宮武立彦;小島 完興;榊 泰直;竹本 伊吹;近藤 康太郎;西内 満美子;ヂン タンフン;畑昌育;錦野 将元;渡辺 幸信;岩田 佳之;白井 敏之;神門 正城;近藤 公伯
• 通讯作者: 近藤 公伯

イオン発生装置、イオン発生方法、およびイオン発生用ターゲット

离子发生装置、离子发生方法以及离子发生靶

• 发表时间: 2022

Diagnosis of Transverse Emittance in Laser-Driven Ion beam

激光驱动离子束横向发射率的诊断

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the 13th International Particle Accelerator Conference
• 作者: T. Miyatake;H. Sakaki;I. Takemoto;Y. Watanabe;T. H. Dinh;S. Kojima;Ki. Kondo;Ko. Kondo;M. Kando;M. Nishikino;M. Nishiuchi
• 通讯作者: M. Nishiuchi