Development of Detection Methods of Gamma-Radiation from Laser Plasma

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本研究の目的は、超高強度レーザーが固体標的に照射された際に発生するレーザープラズマからの放射ガンマ線を直接計測する技術を開発することにある。この技術により、レーザープラズマの動的メカニズムの理解や、プラズマ内で生じる原子核反応の証拠を検出することを将来的に目指す。放射ガンマ線の計測は、レーザー粒子加速の解析においても重要な診断手法であり、また、核反応の定量的測定につながる可能性がある。本年度は既取得のデータ解析を進めた。関西光科学研究所のJ-KAREN-Pレーザーを用いて、標的から放射される数十メガ電子ボルト領域のガンマ線を、原子核乾板(エマルション)を使用して計測するテスト実験データで、集光強度が10の21乗ワット毎平方センチメートル、パルス幅が30フェムト秒（fs）の高輝度パルスレーザーを、厚さ5マイクロメートル（μm）の銀薄膜標的に１ショット照射し、30層に重ねられたエマルション検出器を設置してガンマ線を計測した。解析の結果、ガンマ線によって引き起こされた電子・陽電子対生成の飛跡が4例確認され、ガンマ線の入射方向およびエネルギーが推定された。シミュレーションを用いて、測定されたガンマ線が標的から直接放出されたものか、電子線が真空槽の内壁に衝突して生成されたものかを判別する作業を進行中であるが、今回の測定結果からは、真空槽内で生成されたガンマ線である可能性が高いと考えられる。この成果はOPTO2020会議で発表され、現在は論文の作成が進められています。次年度に向けて、エマルションを真空槽内に設置し、観測条件をより明確にする計画を進行している。ガンマ線を直接観測することが可能になれば、レーザープラズマからの放射ガンマ線の世界初の直接測定という重要な成果を示す可能性がある。