レーザー駆動電子雲の高時間分解計測とその集団ダイナミクスの解明

高強度レーザー光を固体標的に照射することでMeV級の高エネルギーイオンを加速する方法は、レーザー駆動イオン加速と呼ばれている。レーザー駆動イオン加速ではターゲットの裏面に局所的に生成される電子雲が生むシース電場によってイオンを加速する。そのためレーザー駆動イオン加速における“電子雲”は 従来加速器における“加速管”としての重要な役割を果たす。本研究の目的は、高速膨張する電子雲の時間発展ならびに3次元的な発展形状を数100フェムト秒の高いフレームレートでマルチフレーム撮影出来る撮影装置を開発することである。また、構築した撮影装置を用いて電子雲の膨張の様子を撮影し、標的裏面に形成される分極電場の空間分布および時間発展を明らかにすることでレーザー駆動イオン加速の安定性の向上を行う計画である。本研究は、レーザー駆動イオン加速において“加速管”の役割を果たす電子雲ならび分極電場の最初の観測・制御に取り組む画期的なものである。初年度である本年度は、電子雲の超高速計測に必要なチャープパルス光を利用した高速度計測装置の設計を光線追跡コードを用いて行った。その後、設計した計測装置の構築に必要な光学部品を購入し、装置の構築を行った。計測に用いるチャープ光とは、例えば、光の波長が赤⇒黄⇒緑⇒青⇒紫のように時間方向に並んだ光を指す。本年度に構築した装置では、この広域なチャープ光を電子雲に照射し、その反射光を波長ごとに分けて結像することで、観測物に光が波長順に到着する時間差を時間分解のフレームレートに利用した高速時間分解な撮影に成功した。

高強度レーザー光を固体標的に照射することでMeV級の高エネルギーイオンを加速する方法は、レーザー駆動イオン加速と呼ばれている。レーザー駆動イオン加速ではターゲットの裏面に局所的に生成される電子雲が生むシース電場によってイオンを加速する。そのためレーザー駆動イオン加速における“電子雲”は 従来加速器における“加速管”としての重要な役割を果たす。本研究の目的は、高速膨張する電子雲の時間発展ならびに3次元的な発展形状を数100フェムト秒の高いフレームレートでマルチフレーム撮影出来る撮影装置を開発することである。また、構築した撮影装置を用いて電子雲の膨張の様子を撮影し、標的裏面に形成される分極電場の空間分布および時間発展を明らかにすることでレーザー駆動イオン加速の安定性の向上を行う計画である。本研究は、レーザー駆動イオン加速において“加速管”の役割を果たす電子雲ならび分極電場の最初の観測・制御に取り組む画期的なものである。初年度である本年度は、電子雲の超高速計測に必要なチャープパルス光を利用した高速度計測装置の設計を光線追跡コードを用いて行った。その後、設計した計測装置の構築に必要な光学部品を購入し、装置の構築を行った。計測に用いるチャープ光とは、例えば、光の波長が赤⇒黄⇒緑⇒青⇒紫のように時間方向に並んだ光を指す。本年度に構築した装置では、この広域なチャープ光を電子雲に照射し、その反射光を波長ごとに分けて結像することで、観測物に光が波長順に到着する時間差を時間分解のフレームレートに利用した高速時間分解な撮影に成功した。