レーザー加速電子顕微鏡による超短パルスレーザーと物質の相互作用の超高速診断

使用激光加速电子显微镜超快诊断超短脉冲激光与材料之间的相互作用

• 批准号: 11J00853
• 负责人: 中新 信彦
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J00853/
• 关键词: レーザー航跡場加速; 多段レーザー航跡加速; 超高速電子線回折; 電子線輸送; 電子ラジオグラフィー; レーザープラズマ加速; 超高速電子顕微鏡

レーザー航跡場から発生する電子バンチはフェムト秒オーダーの時間幅で、大電荷、低エミッタンスといった特徴を持っており、超高速イメージングなど様々な応用研究に期待される。本研究課題では実用性のある高品質なレーザー駆動電子源を開発し、超短パルスレーザーと物質の相互作用における電磁場や物質の状態の高速な時間変化を捉え、その詳細な物理の解明を目指す。前年度はレーザー航跡場加速で発生した極短の電子バンチを用いて、超短パルスレーザーと固体との相互作用で発生する強磁場の時間変化を観測し、ピコ秒オーダーで高速に変化する現象を捉えることに成功した。また、超高速電子線回折をめざしたレーザー加速電子源の安定化・高品質化を行ってきた。今年度は昨年度に引き続きレーザー加速電子源の安定化・高品質化を行った。電子ビームの指向性と安定性を向上させるプラズママイクロオプティクスを制御する磁気回路をガスジェットターゲットから独立化し、ガスジェットの振動を磁気回路に伝えないようにすることで、約10mradの発散角を持つビーム(プラズマ背景電子を含む電荷量～2nC)のポインティングのふらつきを0.5mrad以下抑え、レーザー加速器における世界最高レベルの安定性を実現した。さらにエネルギー単色化のための100GV/mの加速勾配を持つ位相回転用長尺航跡場の励起に成功し、その方向制御にも成功した。今後、安定した電子ビームをこの長尺航跡場に乗せ、エネルギーの単色化を図る。その一方で、従来の加速器のビームオプティクスを用いて電子のエネルギー選別と超高速電子線回折のための電子ビームの収束を行う輸送系の開発を行った。この輸送系は四極磁石とエネルギー選別用のピンホールで構成され、実際にレーザー加速からの5MeV付近のエネルギーを持つ電子をこの四極磁石によって収束させることに成功し、超高速電子線回折への目処を立てることができた。

The time amplitude, high charge, low charge and medium characteristics of the electron particles generated by the track field are expected to be maintained, and the ultra-high speed electron particles are expected to be used in research. This research topic is aimed at practical, high-quality, high-speed, and detailed physical explanation of the development, ultra-short, and interaction of electromagnetic fields and high-speed temporal changes in the state of matter. In the past year, the phenomenon of extremely short electron transfer due to the interaction of ultra-short electron transfer and solid state transfer was successfully detected. High speed electron line folding, stabilization and high quality of accelerated electron source This year's annual report is aimed at accelerating the stabilization and high quality of electron sources. The directivity and stability of the electron beam are improved, and the magnetic circuit is controlled. The vibration of the electron beam is independent, and the magnetic circuit is controlled. The dispersion angle is about 10mrad.(Plama background electrons include a charge of ~2nC) and its stability is below 0.5mrad. The stability of the world's highest accelerator has been achieved. The acceleration of 100GV/m and the excitation of long track field for phase inversion were successful. In the future, the stability of the electronic system will be enhanced by the long-term track field, and the color change of the system will be enhanced. The development of electron beam transport system for ultra-high speed electron beam folding and electron beam selection in the accelerator The transport system consists of quadrupole magnets and electron beam selectors, and the actual acceleration of the 5MeV electron beam is achieved by holding electrons in the quadrupole magnets. The ultra-high speed electron beam is returned to the target.

项目成果

Laser wakefield acceleration with radially polarized laser pulse

使用径向偏振激光脉冲进行激光尾场加速

• 发表时间: 2013
• 作者: T. Kohara;T Hosokai;S. Masuda ;N. Nakanii;Y. Mizuta;H. Naka hara;K. Iwasa;A. Zhidkov;Z. Jin ;K. Sueda;M. Mori;M. Kando;H. Kotaki;S. V. Bulanov;N. C. Pathak;and R. Kodama
• 通讯作者: and R. Kodama

Ultrashort electron source via laser wakefield acceleration and its transport system for applications

激光尾场加速超短电子源及其应用传输系统

• 发表时间: 2013
• 作者: N. Nakanii;T. Hosokai;S. Masuda;A. G. Zhidkov;Z. Jin;Y. Mizuta;H. Nakahara;T. Kohara;K. Iwasa;M. Kando;H. Kotaki;M. Mori;S. V. Bulanov;A. Yamazaki;T. Sano;K. Arakawa. and R. Kodama
• 通讯作者: K. Arakawa. and R. Kodama

レーザー航跡場加速における電子ビーム制御に関する研究

激光尾场加速电子束控制研究

• 发表时间: 2013
• 作者: 中原弘貴;細貝知直;益田伸一;中新信彦;水田好雄;ジドコフアレクセイ;山崎淳;幸原朋広;岩佐健太;兒玉了祐
• 通讯作者: 兒玉了祐

電子源、電子ビームパルス出射装置および電子顕微鏡

电子源、电子束脉冲发射装置及电子显微镜

• 发表时间: 2011

Investigation of fast-electron-induced K-alpha x rays in laser-produced blow-off plasma

激光产生的吹离等离子体中快电子诱导 K-α X 射线的研究

• 发表时间: 2014
• 期刊: Physical Review E
• 影响因子: 2.4
• 作者: H. Sawada;M. S. Wei;S. Chawla;A. Morace;K. Akli;T. Yabuuchi;N. Nakanii;M. H. Key;P. K. Patel;A. J. Mackinnon;H. S. McLean;R. B. Stephens;and F. N. Begs
• 通讯作者: and F. N. Begs