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JP2008198566A - Ion acceleration method and apparatus - Google Patents

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JP2008198566A JP2007034924A JP2007034924A JP2008198566A JP 2008198566 A JP2008198566 A JP 2008198566A JP 2007034924 A JP2007034924 A JP 2007034924A JP 2007034924 A JP2007034924 A JP 2007034924A JP 2008198566 A JP2008198566 A JP 2008198566A
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Abstract

【課題】ターゲットに照射したレーザー光がもつエネルギーを効率良くイオン加速に利用することができるイオン加速方法及び装置を実現する。
【解決手段】レーザー光３を照射する前段部分２ａの電子密度を臨界条件とし、前段部分に後続する後段部分２ｂの電子密度が漸次に減少する構成のターゲット２を使用し、ターゲットの前段部分にレーザー光を照射して入射したレーザー光の群速度を該前段部分において０にまで減速させることによりレーザー光のエネルギーを電子に伝達し、エネルギーを受け取った前記電子を前段部分に後続する後段部分により漸次的に加速して該電子によりイオンを加速して該後段部分から放出する。
【選択図】図１An ion acceleration method and apparatus that can efficiently use energy of laser light irradiated to a target for ion acceleration.
A target 2 having a configuration in which an electron density of a front part 2a irradiated with a laser beam 3 is set as a critical condition and an electron density of a rear part 2b following the front part gradually decreases is used. Laser beam energy is transmitted to electrons by decelerating the group velocity of the laser beam incident upon irradiation with laser light to 0 in the front part, and the electrons that have received the energy are transmitted by the rear part following the front part. Gradually accelerating and accelerating ions by the electrons and releasing them from the rear stage.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、レーザー光を物質（ターゲット）に照射してイオンを発生させると共に発生したイオンを加速するイオン加速方法及びイオン加速装置に関する。   The present invention relates to an ion acceleration method and an ion acceleration apparatus for irradiating a substance (target) with a laser beam to generate ions and accelerating the generated ions.

低密度（空隙率が４０〜９９．９９）の薄い（０．３ｍｍ以下）導電性ターゲットに高強度（１０１６Ｗ／ｃｍ２以上）のレーザー光を照射することにより前記ターゲットの裏面から高速イオンを放出させるイオン放出方法及び装置が提案されている。 By irradiating a thin (0.3 mm or less) conductive target having a low density (porosity of 40 to 99.99) with high intensity (10 16 W / cm 2 or more) laser light, fast ions are emitted from the back surface of the target. An ion emission method and apparatus for releasing saponins have been proposed.

特開２００６−２４４８６３号公報JP 2006-244863 A

このような高速イオン放出方法及び装置によるイオン加速においては、レーザー光のエネルギーを効率良くイオン加速に利用することができることが望まれる。すなわち、レーザー光のエネルギーを効率良くイオン加速に利用することができれば、装置を小型化することが容易になる。   In ion acceleration by such a fast ion emission method and apparatus, it is desired that the energy of laser light can be efficiently used for ion acceleration. That is, if the energy of the laser beam can be efficiently used for ion acceleration, the apparatus can be easily downsized.

本発明の１つの目的は、ターゲットに照射するレーザー光がもつエネルギーを効率良くイオン加速に利用することができるイオン加速方法及び装置を実現することにある。   One object of the present invention is to realize an ion acceleration method and apparatus that can efficiently use energy of laser light applied to a target for ion acceleration.

ターゲットにレーザー光を照射することにより該ターゲットから高エネルギーのイオンを放出させるためには、照射したレーザー光のエネルギーをイオン加速に有効に利用することが必要である。   In order to emit high energy ions from the target by irradiating the target with laser light, it is necessary to effectively use the energy of the irradiated laser light for ion acceleration.

ターゲットに入射したレーザー光のエネルギーを電子に伝達してプラズマ状態とする際にレーザー光の群速度を０とすることにより、レーザー光のエネルギーの略１００％が電子に伝達される。実際には、レーザー光のエネルギーが少し残るようにする。そして、多量のエネルギーが伝達された電子をレーザー光の残りの低いエネルギーで前方に漸次的に加速してイオンを引き出すようにすると、レーザー光のエネルギーをイオン加速に有効に利用することができる。   When the energy of the laser light incident on the target is transmitted to the electrons to form a plasma state, the group velocity of the laser light is set to 0, whereby approximately 100% of the energy of the laser light is transmitted to the electrons. Actually, a little energy of the laser beam is left. Then, if the electrons to which a large amount of energy is transmitted are gradually accelerated forward with the remaining low energy of the laser light to extract ions, the energy of the laser light can be effectively used for ion acceleration.

具体的には、
本発明は、ターゲットに照射されて該ターゲットに入射したレーザー光の伝播速度を０にまで減速させることにより、レーザー光のエネルギーの殆どを前記ターゲットの電子に伝達させる。 In particular,
The present invention reduces most of the energy of the laser light to the electrons of the target by reducing the propagation speed of the laser light irradiated to the target and being reduced to zero.

ターゲットにおける入射したレーザー光の群速度が０に減速する位置までの該ターゲットの前段部分の電子（物質）密度に対して該前段部分に後続する後段部分の電子（物質）密度を小さくする。このような電子密度は、ターゲットを構成する物質の密度を固体密度の１０−２〜１０−３程度にすることにより実現することができる。 The electron (substance) density of the rear part following the front part is made smaller than the electron (substance) density of the front part of the target up to a position where the group velocity of the incident laser light on the target is reduced to zero. Such an electron density can be realized by setting the density of the substance constituting the target to about 10 −2 to 10 −3 of the solid density.

ターゲットに照射するレーザー光は、先端部分から後端部分に向かって漸次的に強くなり、後端部分は急峻に減衰する形態のパルス状であり、そのパルス長寸法は、ターゲットに入射して伝播するレーザー光の群速度が０になるまでの該レーザー光の伝播距離である前記前段部分の厚さ寸法と等しくする。   The laser light that irradiates the target gradually increases in intensity from the front end part toward the rear end part, and the rear end part has a pulse shape that attenuates sharply, and its pulse length is incident on the target and propagates. It is made equal to the thickness dimension of the said front part which is the propagation distance of this laser beam until the group velocity of the laser beam to become zero.

本発明によれば、ターゲットに照射したレーザー光がもつエネルギーを効率良くイオン加速に利用することができるイオン加速方法及び装置を実現することができる。これにより、レーザー光発生装置の負荷が軽くなって該レーザー光発生装置の小型化が可能になり、また、イオン加速部分も小型化することができるようになる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ion acceleration method and apparatus which can utilize efficiently the energy which the laser beam irradiated to the target has for ion acceleration are realizable. As a result, the load on the laser light generating device is reduced, and the laser light generating device can be reduced in size, and the ion acceleration portion can also be reduced in size.

本発明は、レーザー光をターゲットに照射することによりイオンを加速して前記ターゲットから放出させるイオン加速装置において、
前記ターゲットは、物質密度が固体密度の１０−２〜１０−３の物質で構成することにより、レーザー光を照射する前段部分の電子密度を臨界条件とし、前記前段部分に後続する後段部分の電子密度が漸次に減少する構成とし、
前記レーザー光発生装置は、先端から後端に向かって漸増するエネルギー分布のパルス状のレーザー光を発生し、前記ターゲットの前記前段部分にレーザー光を照射して該前段部分に入射したレーザー光の群速度を該前段部分において０にまで減速させることによりレーザー光のエネルギーを電子に伝達し、エネルギーが伝達された前記電子を前記前段部分に後続する後段部分により漸次的に加速して該電子によりイオンを加速して該後段部分から放出させるように構成することが好ましい。 The present invention relates to an ion acceleration apparatus that accelerates ions by irradiating a target with laser light and releases the target from the target.
The target is made of a substance having a material density of 10 −2 to 10 −3 having a solid density, so that the electron density of the front part irradiated with laser light is set as a critical condition, and the electron in the rear part following the front part is used. The density decreases gradually,
The laser beam generator generates a pulsed laser beam having an energy distribution that gradually increases from the front end toward the rear end, irradiates the front portion of the target with laser light, and emits laser light incident on the front portion. The energy of the laser beam is transmitted to the electrons by decelerating the group velocity to 0 in the front part, and the electrons to which the energy has been transmitted are gradually accelerated by the rear part following the front part, It is preferable that the ions are accelerated and released from the rear portion.

この実施例のレーザー加速において、レーザー光を照射してイオンを放出させるターゲットは、レーザー光照射により入射して伝播するレーザー光の群速度を０にまで減速させる電子（物質）密度の前段部分と、前記前段部分に後続するように位置して前記前段部分の電子（物質）密度に対して漸減するような電子（物質）密度分布の後段部分を備え、入射したレーザー光が伝播する方向の前記前段部分の厚さ寸法は入射したレーザー光がパンプデプリート（ｐｕｍｐ−ｄｅｐｌｅｔｅ：減衰）する距離に等しくなると共にレーザー光のパルス長寸法とも等しくなるように構成し、前記後段部分の厚さ寸法は前記前段部分よりも著しく厚い寸法（１０倍程度）とすることにより該後段部分においてイオンを漸次的に加速するように構成する。このような電子密度のターゲットは、ターゲットを構成する物質の密度を固体密度の１０−２〜１０−３程度にすることにより実現することができる。 In the laser acceleration of this embodiment, the target that emits ions by irradiating laser light has an electron (substance) density front part that reduces the group velocity of laser light that is incident and propagates by laser light irradiation to zero, and , A rear stage portion of an electron (material) density distribution that is positioned so as to follow the front stage portion and gradually decreases with respect to the electron (material) density of the front stage portion, and in the direction in which the incident laser light propagates The thickness of the former part is equal to the distance at which the incident laser beam is pump-depleted (attenuated) and the pulse length of the laser beam is also equal, and the thickness dimension of the latter part is By making the dimension significantly thicker (about 10 times) than that of the front part, ions are gradually accelerated in the rear part. Such a target having an electron density can be realized by setting the density of a substance constituting the target to about 10 −2 to 10 −3 of the solid density.

前記ターゲットに照射するレーザー光の強度は、パルス状であって、エネルギー分布がその先端部分から後端部分に向かって漸次的に強くなって後端部分で約１０２０Ｗ／ｃｍ２の強度となり、この後端部分で急峻に減衰するパルス形態とする構成である。 The intensity of the laser beam applied to the target is pulsed, and the energy distribution gradually increases from the front end portion toward the rear end portion, and becomes an intensity of about 10 20 W / cm 2 at the rear end portion. In this configuration, the pulse form is abruptly attenuated at the rear end portion.

図１は、本発明のイオン加速装置の原理説明図であり、１はレーザー光発生装置、２はターゲット、３はレーザー光発生装置１からターゲット２に照射するレーザー光、４はターゲット２から放出するイオンである。   FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of an ion accelerator according to the present invention. 1 is a laser beam generator, 2 is a target, 3 is a laser beam irradiated from the laser beam generator 1 to the target 2, and 4 is emitted from the target 2. Is an ion.

ターゲット２は、入射して播するレーザー光２のエネルギーを電子に受け取ってプラズマ状態とするように機能する比較的高電子（物質）密度の前段部分２ａと、多量のエネルギーを受け取ってプラズマ状態になった電子を後端方向に向けて漸次的に加速することにより該電子に引きずられるイオンを漸次的に加速する比較的低電子（物質）密度の後段部分２ｂを備える。このようなターゲット２は、その物質密度が固体密度の１０−２〜１０−３程度の構造物とすることによって実現することができる。 The target 2 receives the energy of the incident laser light 2 and receives the energy into the plasma state to receive a plasma state. The target portion 2a has a relatively high electron (material) density and receives a large amount of energy into the plasma state. A rear stage portion 2b having a relatively low electron (material) density that gradually accelerates ions dragged by the electrons by gradually accelerating the generated electrons toward the rear end direction. Such a target 2 can be realized by making the material density a structure having a solid density of about 10 −2 to 10 −3 .

具体的には、図２に示すように、レーザー光発生装置１から照射されて入射したレーザー光３を速度０にまで減速させる前段部分２ａにおけるレーザー光伝播路部分は、比較的に高い電子密度（例えば、プラズマまたは物質中の電子密度を臨界条件にすれば良く、非相対論的レーザー強度で光学領域の場合には、１０２１ｃｃ程度、１０２０Ｗ／ｃｍ２の相対論的レーザー強度では１０２２／ｃｃまで高くなる）であり、
その後方に位置して前記前段部分２ａで発生した電子を加速することにより該電子に引きずられてイオンが加速する後段部分２ｂにおけるイオン加速路部分は、前記前段部分２ａよりも低い電子密度で後端に向かって該電子密度が漸減（例えば、物質中の電子密度が１０２１／ｃｃ程度から１０１９／ｃｃ程度に減少）するように構成する。 Specifically, as shown in FIG. 2, the laser beam propagation path portion in the front portion 2a that decelerates the incident laser beam 3 irradiated from the laser beam generator 1 to a velocity of 0 has a relatively high electron density. (For example, the electron density in the plasma or substance may be set to a critical condition, and in the case of the non-relativistic laser intensity in the optical region, the relativistic laser intensity of about 10 21 cc is 10 20 W / cm 2. Up to 10 22 / cc)
The ion acceleration path portion in the rear portion 2b, which is positioned behind and accelerates the electrons generated in the front portion 2a and is dragged by the electrons to accelerate ions, has a lower electron density than the front portion 2a. The electron density is gradually reduced toward the end (for example, the electron density in the material is reduced from about 10 21 / cc to about 10 19 / cc).

また、入射して伝播するレーザー光２の伝播方向に対して直角（横）方向の電子密度は、レーザー光２の伝播路及びイオン加速路部分に対して漸次的に高くなるように構成する。この密度のくぼみの大きさ（半径をＲとして）は、Ｌｌ（レーザーの照射の集光幅）の二乗をレーザーの波長λで割った幅にとる。すなわち、Ｒ＝Ｌｌ ２／λとなるように構成する。 Further, the electron density in the direction perpendicular to the propagation direction of the laser beam 2 that is incident and propagated (transverse) is configured to gradually increase with respect to the propagation path and the ion acceleration path portion of the laser beam 2. The size of the dent of this density (with a radius of R) is the width obtained by dividing the square of L l (condensing width of laser irradiation) by the laser wavelength λ. That is, it is configured so that R = L l 2 / λ.

前記後段部分２ｂの電子密度（物質密度）は、連続的に漸減させるように構成することが望ましいが、この実施例１では、ターゲット２の後端方向に向かって段階的に減少させるように構成する。   Although it is desirable that the electron density (substance density) of the rear portion 2b is continuously decreased gradually, in the first embodiment, the electron density (substance density) is decreased stepwise toward the rear end direction of the target 2. To do.

前記レーザー光発生装置１は、パルス状のレーザー光３を繰り返し発生させてターゲット２に照射する装置であり、ターゲット２に照射するパルス状のレーザー光３の強度は、図３に示すように、パルスの先端部分（強度０）から後端部分に向かって漸次的に強くなって該後端部分で１０２０Ｗ／ｃｍ２程度の強度となり、この後端部分で急峻に減衰して切れるよな形態に制御する。 The laser beam generator 1 is a device that repeatedly generates a pulsed laser beam 3 and irradiates the target 2. The intensity of the pulsed laser beam 3 irradiated to the target 2 is as shown in FIG. The pulse gradually increases from the front end portion (intensity 0) toward the rear end portion, and has an intensity of about 10 20 W / cm 2 at the rear end portion. Control to form.

このように構成したイオン加速装置において、レーザー光発生装置１は、発生したパルス状のレーザー光３をターゲット２に照射する。ターゲット２に照射されて該ターゲット２の前段部分２ａ内に入射したレーザー光２は該前段部分２ａ内を後段部分２ｂに向かって伝播する。このとき、この前段部分２ａのプラズマ（または物質中の電子）密度が臨界条件（非相対論的レーザー強度で光学領域の場合には、１０２１ｃｃ程度、１０２０Ｗ／ｃｍ２の相対論的レーザー強度では１０２２／ｃｃまで高くなる）となるように構成すると、レーザー光３の群速度を０にすることができる。 In the ion accelerator configured as described above, the laser beam generator 1 irradiates the target 2 with the generated pulsed laser beam 3. The laser beam 2 irradiated on the target 2 and incident on the front part 2a of the target 2 propagates in the front part 2a toward the rear part 2b. At this time, the density of the plasma (or electrons in the material) of the first stage portion 2a is a critical condition (in the case of non-relativistic laser intensity and in the optical region, about 10 21 cc, 10 20 W / cm 2 relativistic. If the laser intensity is increased to 10 22 / cc, the group velocity of the laser light 3 can be reduced to zero.

そこで、このレーザー光３の群速度が０になる前段部分２ａのレーザー光伝播方向の厚さ寸法Ｌｌとレーザー光３がパンプデプリートする伝播距離（ｐｕｍｐ−ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ：レーザー光減衰距離）Ｌｄを等しく（Ｌｌ＝Ｌｄ）し、且つ、
レーザー光減衰距離Ｌｄとレーザー光のパルス長寸法Ｌｐｕｌｓｅを等しく（Ｌｄ＝Ｌｐｕｌｓｅ）し、
レーザー光３の群速度が０になる前段部分２ａの厚さ寸法Ｌｌとレーザー光３のパルス長寸法Ｌｐｕｌｓｅを等しく（Ｌｌ＝Ｌｐｕｌｓｅ）すると、
レーザー光３は、前段部分２ａの後端で止まり、エネルギーの略１００％をターゲット２中の電子へ伝達することになる。実際には、レーザー光３のエネルギーが少し残るようにする。このことにより、多量のエネルギーが伝達された電子は、残った低いエネルギーによって後方（後段部分２ｂの方向）に向かって加速され始める。 Therefore, the thickness L 1 of the front-stage portion 2a in which the group velocity of the laser beam 3 becomes 0 and the propagation distance (pump-depletion length) L where the laser beam 3 is pump-depleted. d equal (L 1 = L d ), and
The laser light attenuation distance L d and the pulse length dimension L pulse of the laser light are made equal (L d = L pulse ),
When the thickness dimension L l of the front-stage portion 2a where the group velocity of the laser beam 3 is 0 and the pulse length dimension L pulse of the laser beam 3 are equal (L l = L pulse ),
The laser beam 3 stops at the rear end of the front stage portion 2a, and approximately 100% of the energy is transmitted to the electrons in the target 2. Actually, a little energy of the laser beam 3 is left. As a result, electrons to which a large amount of energy has been transmitted begin to be accelerated backward (in the direction of the rear portion 2b) by the remaining low energy.

エネルギーが先端から漸次的に増強し、後端で急峻に終端する形態のパルス状のレーザー光３は、このような電子加速に好適である。   The pulsed laser beam 3 in which the energy gradually increases from the front end and terminates sharply at the rear end is suitable for such electron acceleration.

ターゲット２の前段部分２ａの後端で速度が０になったレーザー光３と比較的に低いエネルギーまで加速された電子は、後続する後段部分２ｂで漸次的に加速する。そして、このように比較的低いエネルギーで加速された電子に引きずられてイオンが引き出されて加速する。   The laser beam 3 whose velocity is zero at the rear end of the front part 2a of the target 2 and the electrons accelerated to a relatively low energy are gradually accelerated in the subsequent rear part 2b. Then, ions are extracted and accelerated by being dragged by the electrons accelerated with relatively low energy.

ターゲット２の後段部分２ｂは、レーザー光伝播方向の厚さ寸法Ｌｓを前段部分２ａのレーザー光伝播方向の厚さ寸法Ｌｌよりも著しく厚い寸法（Ｌｓ≫Ｌｌ）にすると共に前端から後端に向かって電子密度が漸次的に低下（１０２１／ｃｃから１０１９／ｃｃに低下）する。このことにより、ターゲット２の後段部分２ｂ内を伝播するレーザー光３は、漸次的にその群速度を上げ、従って、励起されるパルス後方の電場（主に静電場）の位相速度を０（≪ｃ）から上げて高速ｃに近づけていく。そして、励起された静電場を形成する電子は、レーザー光３の群速度の上昇に伴って速度が高速ｃに達してエネルギーを高めていく。 The rear stage portion 2b of the target 2 has a thickness dimension L s in the laser light propagation direction that is significantly thicker than the thickness dimension L l of the front stage part 2a in the laser light propagation direction (L s >> L l ) and from the front end. The electron density gradually decreases toward the rear end (from 10 21 / cc to 10 19 / cc). As a result, the laser beam 3 propagating in the rear part 2b of the target 2 gradually increases its group velocity, and therefore the phase velocity of the electric field (mainly electrostatic field) behind the excited pulse is 0 (<< Increase from c) and approach high speed c. The electrons forming the excited electrostatic field increase in energy by the speed reaching a high speed c as the group speed of the laser light 3 increases.

当初０に近い速度で電子にすがりついていたイオンは、これに伴って断熱（漸次）的に加速され、レーザー光３のエネルギーによるイオンの効率的な加速が実現する。   The ions that initially cling to the electrons at a speed close to 0 are accelerated adiabatically (gradually) along with this, and efficient acceleration of the ions by the energy of the laser beam 3 is realized.

このようなターゲット２の厚み寸法Ｌ（Ｌｌ＋Ｌｓ）は、最大で１ｍｍが好ましい。 The maximum thickness L (L 1 + L s ) of the target 2 is preferably 1 mm.

図４は、前記ターゲット２の構成を示す分解斜視図である。   FIG. 4 is an exploded perspective view showing the configuration of the target 2.

前述したような電子密度分布をもつターゲット２は、例えば、次のようにして作成することができる。   The target 2 having the electron density distribution as described above can be produced, for example, as follows.

極細ファイバーを物質密度が固体密度の１０−２〜１０−３で厚さが前記レーザー光減衰距離Ｌｄに等しい不織布の形態にすると共にレーザー光３の伝播路部分のプラズマ（または物質中の電子）密度が臨界条件となるように形成して前記前段部分２ａとし、この前段部分２ａに後続する後段部分２ｂはレーザー光３の伝播路部分のプラズマ（または物質中の電子）密度が前端から後端に向かって漸減するように不織布で形成する。 The ultrafine fiber is in the form of a non-woven fabric having a material density of 10 −2 to 10 −3 having a solid density and a thickness equal to the laser light attenuation distance L d , and plasma (or electrons in the material of the laser light 3). ) The front part 2a is formed so that the density becomes a critical condition, and the rear part 2b following the front part 2a has a plasma (or electron in the material) density in the propagation path part of the laser beam 3 from the front end to the rear part 2a. It forms with a nonwoven fabric so that it may reduce gradually toward an edge.

具体的には、前段部分２ａは、極細繊維部材の集合体である１枚の不織布２ａ１の形態で形成し、後段部分２ｂは、電子密度が異なる（少なくなる）複数枚の不織布２ｂ１，２ｂ２，２ｂ３……の形態で形成し、これらを順次に重合して外周縁を枠体２ｃ１，２ｃ２で支持することにより一体化するようにして作製する。 Specifically, front portion 2a is formed in one embodiment the nonwoven fabric 2a 1 which is an aggregate of ultrafine fibers member, subsequent portion 2b, the electron density is different (less) a plurality of non-woven fabric 2b 1, These are formed in the form of 2b 2 , 2b 3 ..., Which are sequentially polymerized, and the outer peripheral edges are supported by the frame bodies 2c 1 and 2c 2 so as to be integrated.

織布を使用して構成する場合には、前段部分２ａは、複数枚の薄い織布を織目方向を変えて重合して１つのブロックの形態で形成し、後段部分２ｂは、薄い複数枚の織布を織目方向を変えて重合して形成した電子密度が異なる（少なくなる）複数ブロックの形態で形成し、これらのブロックを順次に重合して外周縁部を枠体で支持して一体化するようにして作製する。   In the case of using a woven fabric, the front portion 2a is formed by forming a single block by superposing a plurality of thin woven fabrics while changing the texture direction, and the rear portion 2b is a plurality of thin sheets. The woven fabric is polymerized by changing the texture direction and formed in the form of multiple blocks with different (reduced) electron density, and these blocks are sequentially polymerized to support the outer peripheral edge with a frame It is made to be integrated.

図５は、前述したイオン加速装置を採用して構成したイオン照射装置の全体構成を示す概略図である。   FIG. 5 is a schematic diagram showing an overall configuration of an ion irradiation apparatus configured by adopting the above-described ion acceleration apparatus.

レーザー光発生装置１は、パルス状のレーザー光３を繰り返し発生して発出する。反射鏡５ａ〜５ｃは、レーザー光発生装置１から発出したレーザー光３をターゲット２に照射するように導く。反射鏡５ｃは、集光鏡の形態であって、レーザー光３がターゲット２の前端面に焦点を結ぶように集光する。   The laser beam generator 1 repeatedly generates and emits pulsed laser beam 3. The reflecting mirrors 5a to 5c guide the target 2 to irradiate the laser beam 3 emitted from the laser beam generator 1. The reflecting mirror 5 c is in the form of a condensing mirror, and condenses the laser light 3 so as to focus on the front end surface of the target 2.

ターゲット２は、前述したように、照射されて入射したレーザー光３の伝播速度を０にまで減速させてそのエネルギーを該ターゲット２の電子に伝達してプラズマ化すると共に前記電子を比較的に低いエネルギーまで加速する比較的に高電子密度の前段部分（２ａ）を前記レーザー光３が照射される前端面となるように設置する。そして、前記前段部分２ａの低いエネルギーで加速された電子を後段部分（２ｂ）において更に漸次的に加速することによりイオン４を加速して後端面から放出するように構成する。   As described above, the target 2 reduces the propagation speed of the irradiated laser beam 3 to 0 and transmits the energy to the electrons of the target 2 to form plasma, and the electrons are relatively low. The front part (2a) having a relatively high electron density that accelerates to energy is placed so as to be the front end face irradiated with the laser beam 3. Then, the ions 4 are accelerated and emitted from the rear end face by further gradually accelerating the electrons accelerated by the low energy of the front stage portion 2a in the rear stage portion (2b).

前記反射鏡５ａ〜５ｃは、真空状態に排気する多関節マニピュレータの関節部内に配置してレーザー光透過窓からレーザー光３を受入れ、ターゲット２を多関節マニピュレータの先端部内に配置して該ターゲット２から放出されたイオンビーム４をイオン透過窓から外部に放射するように構成することにより、がん治療のために患部にイオンを照射するのに好適なイオン照射装置を実現することができる。   The reflecting mirrors 5a to 5c are arranged in a joint portion of an articulated manipulator that is evacuated to a vacuum state, receives the laser light 3 from a laser light transmitting window, and a target 2 is arranged in a distal end portion of the articulated manipulator. By radiating the ion beam 4 emitted from the outside through the ion transmission window, an ion irradiation apparatus suitable for irradiating the affected area with ions for cancer treatment can be realized.

本発明の原理説明図である。It is a principle explanatory view of the present invention. 本発明の実施例１におけるターゲットの密度の分布を示す密度分布図である。It is a density distribution figure which shows distribution of the density of the target in Example 1 of this invention. 本発明の実施例１におけるパルス状のレーザー光のエネルギー形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the energy form of the pulsed laser beam in Example 1 of this invention. 本発明の実施例１におけるターゲットの構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the target in Example 1 of this invention. 本発明の実施例１であるイオン照射装置の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the ion irradiation apparatus which is Example 1 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…レーザー光発生装置、２…ターゲット、２ａ…前段部分、２ｂ…後段部分、２ｃ…枠体、３…レーザー光、４…イオン、５ａ〜５ｃ…反射鏡。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser beam generator, 2 ... Target, 2a ... Front part, 2b ... Rear part, 2c ... Frame, 3 ... Laser beam, 4 ... Ion, 5a-5c ... Reflector.

Claims (7)

レーザー光をターゲットに照射することによりイオンを加速して前記ターゲットから放出させるイオン加速方法において、
レーザー光を照射する前段部分の電子密度を臨界条件とし、前記前段部分に後続する後段部分の電子密度が漸次に減少する構成のターゲットを使用し、
前記ターゲットの前記前段部分にレーザー光を照射して該前段部分に入射したレーザー光の群速度を該前段部分において０にまで減速させることによりレーザー光のエネルギーを電子に伝達し、エネルギーが伝達された前記電子を前記前段部分に後続する後段部分により漸次的に加速して該電子によりイオンを加速して該後段部分から放出させることを特徴とするイオン加速方法。 In the ion acceleration method of accelerating ions by irradiating the target with laser light and emitting from the target,
Using a target having a configuration in which the electron density of the front part irradiated with laser light is a critical condition and the electron density of the rear part following the front part gradually decreases,
Laser energy is transmitted to electrons by irradiating the front part of the target with laser light and reducing the group speed of the laser light incident on the front part to 0 in the front part, thereby transferring the energy. An ion accelerating method comprising: gradually accelerating the electrons by a rear part following the front part and accelerating ions by the electrons to be emitted from the rear part. 請求項１において、前記ターゲットに照射するレーザー光は、先端から後端に向かって漸増するエネルギー分布のパルス状であり、先端から後端までのパルス長と前記前段部分のレーザー光伝播方向の厚み寸法を等しくすることを特徴とするイオン加速方法。   2. The laser beam applied to the target according to claim 1, which has a pulse shape with an energy distribution that gradually increases from the front end toward the rear end, the pulse length from the front end to the rear end, and the thickness of the front portion in the direction of laser light propagation. An ion acceleration method characterized by equalizing dimensions. レーザー光をターゲットに照射することによりイオンを加速して前記ターゲットから放出させるイオン加速装置において、
前記ターゲットは、レーザー光を照射する前段部分の電子密度を臨界条件とし、前記前段部分に後続する後段部分の電子密度が漸次に減少する構成とし、
前記レーザー光発生装置は、前記ターゲットの前記前段部分にレーザー光を照射して該前段部分に入射したレーザー光の群速度を該前段部分において０にまで減速させることによりレーザー光のエネルギーを電子に伝達させ、エネルギーが伝達された前記電子を前記前段部分に後続する後段部分により漸次的に加速して該電子によりイオンを加速して該後段部分から放出させるように構成したことを特徴とするイオン加速装置。 In an ion accelerator that accelerates ions by irradiating the target with laser light and releases the target from the target,
The target is configured such that the electron density of the front part irradiated with laser light is a critical condition, and the electron density of the rear part following the front part gradually decreases,
The laser light generator irradiates the front part of the target with laser light and reduces the group speed of the laser light incident on the front part to 0 in the front part, thereby converting the energy of the laser light into electrons. Ions configured to be transmitted and gradually accelerated by the rear part following the front part to accelerate the ions to be emitted from the rear part by accelerating the ions by the electrons. Accelerator. 請求項３において、前記ターゲットは、物質密度が固体密度の１０−２〜１０−３の物質で構成したことを特徴とするイオン加速装置。 4. The ion accelerator according to claim 3, wherein the target is made of a material having a material density of 10 −2 to 10 −3 having a solid density. 請求項３において、前記ターゲットは、前記前段部分の電子密度を１０２１／ｃｃ、前記後段部分の電子密度を１０２１／ｃから１０１９／ｃｃ程度に漸減する物質で構成したことを特徴とするイオン加速装置。 4. The target according to claim 3, wherein the target is made of a material that gradually decreases the electron density of the front part to 10 21 / cc and the electron density of the rear part from about 10 21 / c to about 10 19 / cc. Ion accelerator. 請求項３〜５の１項において、前記ターゲットは、繊維部材の集合体で構成したことを特徴とするイオン加速装置。   6. The ion accelerator according to claim 3, wherein the target is composed of an aggregate of fiber members. 請求項３〜６の１項において、前記レーザー光発生装置は、先端から後端に向かって漸増するエネルギー分布のパルス状のレーザー光を発生する構成であることを特徴とするイオン加速装置。   7. The ion accelerator according to claim 3, wherein the laser beam generator generates a pulsed laser beam having an energy distribution that gradually increases from the front end toward the rear end.
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