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

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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。