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AbstractAbstract
[en] In the laser-driven ion acceleration technology, the authors proposed a method for generating high-repetitive multi-MeV pure proton beams by utilizing Coulomb explosion of micron-sized hydrogen clusters. In this research, they developed a device for generating micron-sized hydrogen cluster targets by injecting high-pressure hydrogen gas cooled by a cryostat into a vacuum through a conical nozzle connected to a pulse valve. The size distribution of hydrogen clusters was estimated mathematically from the angular distribution of scattered light based on the Mie scattering theory using the Tikhonov regularization method. The maximum cluster size was estimated to be 2.15 ± 0.1 μm when hydrogen was injected at 25 K and 6 MPa. Then, a demonstration experiment of 0.1Hz high-repetitive proton acceleration targeting hydrogen clusters was conducted at the J-KAREN-P facility. In the energy measurement using a Thomson parabola spectrometer, pure proton beams with a maximum of 7 MeV were observed. The three-dimensional particle-in-cell (PIC) simulation of the interaction process between high power laser pulse and micron-sized hydrogen clusters suggested the highly directional quasi-monochromatic proton generation up to 300 MeV accelerated in the laser propagation direction. Therefore, this method has the potential to become a promising candidate in the future for a high-energy high-purity proton source with a high repetition rate. (A.O.)
[ja]
レーザー駆動イオン加速技術において,ミクロンサイズの水素クラスターのクーロン爆発を利用して,高繰り返しで,multi-MeVの純陽子線を発生させる方法を提案した.本研究において,クライオスタットで冷却した高圧水素ガスをパルスバルブに接続した円錐ノズルを介して真空中に噴射することによりミクロンサイズの水素クラスターターゲットを発生させる装置を開発した.水素クラスターのサイズ分布は,散乱光の角度分布からMie散乱理論に基づき,Tikhonov正則化法を利用して数学的に見積もった.25 K,6 MPaの状態の水素を噴射した場合,クラスターの最大サイズは2.15±0.1 μmであると見積もられた.その上で,J-KAREN-P施設において水素クラスターをターゲットとした0.1 Hz高繰り返し陽子加速の実証実験を行った.トムソンパラボラスペクトロメーターを用いたエネルギー測定では,最大7 MeVの純陽子線を観測した.高出力レーザーパルスとミクロンサイズ水素クラスターの相互作用過程に関する三次元Particle-in-Cell(PIC)シミュレーションにおいては,レーザー伝搬方向に加速される300 MeVにおよぶ高指向性の準単色陽子発生が予測され,本手法は,将来的に高繰り返しの高エネルギー高純度陽子源の有力候補になる可能性を秘めている.(著者)Original Title
マイクロメートルスケール水素クラスター発生装置の開発とmulti-MeV高純度陽子線の高繰り返し発生
Primary Subject
Source
Available from http://www.jspf.or.jp/journal/bn_kaishi.html; 32 refs., 6 figs.; 雑誌名:プラズマ・核融合学会誌
Record Type
Journal Article
Journal
Purazuma, Kaku Yugo Gakkai-Shi; ISSN 0918-7928;
; v. 95(10); p. 483-489

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