알루미늄 와이어 타겟을 이용한 레이저 가속 양성자빔 발생
Generation of Laser-accelerated proton beams from a
aluminium target
이용우, 이기태, 이지영*, 차용호, 남성모 한국원자력연구원 양자광학연구부, *한남대학교 물리학과 ex-ywlee@kaeri.re.kr 본 연구에서는 고출력의 레이저를 알루미늄 와이어 타겟에 집속하여 양성자빔이 발생하는 것을 관측 하였다. 본 연구에서 사용된 레이저는 한국원자력연구원에서 자체개발한 30 TW 티타늄 사파이어 레이 저시스템으로서 중심파장이 800 um, 펄스폭이 30 fs, 펄스당 에너지는 900 mJ이상이지만 본 실험에서는 펄스당 에너지를 280 mJ로 하였다. 이 레이저에서 나온 빔은 직경이 5 cm 로, 입사각 30〫 , 초점거리 27 cm 인 비축포물경(OAP)에 의해 반치폭이 8 um로 집속되게 하였다. 레이저 집속 세기는 약 2×1019 W/cm2 이었다. 직경 32 um인 알루미늄 와이어 타겟을 정확한 레이저 집속지점에 두기위해 레이저 빔 의 집속크기 측정에 사용되는 30배 배율의 광학계를 이용하였다. 또한 매번 알루미늄 와이어 타겟을 움 직여 집속위치에 위치시킬 때 정확한 위치임을 확인하기 위해 레이저 증폭기에서 발생되는 자발방출증 폭(ASE)된 빛이 알루미늄 와이어에 맞아서 반사되는 지점에 10배 배율의 광학계와 CCD를 이용하였다. 이 타겟에서 발생되는 양성자에너지를 측정하기 위해 Thomson parabola spectrometer(TPS)와 Faraday cup(FC)을 사용하였다. 이때 사용한 FC는 양성자에너지를 TPS와 동시에 측정하기위해 1 mm의 홀이 있도록 제작하였다. 그림 1. 에 보는 것과 같이 발생된 양성자빔의 divergence를 알기위해 타겟 둘레에 도 CR39를 설치하였다. 또한 그림 2는 foil 타겟과 와이어 타겟에서 발생된 양성자의 전기신호를 비교한 것이다. TPS의 경우 양성자에너지를 측정하기위해 CR39와 함께 사용하여 CR39에 나타난 궤적을 분석 하였다. TPS로 측정된 양성자의 최대 에너지는 알루미늄 와이어 타겟의 경우 약 1.2 MeV 였다. 243그림 1. 양성자빔 발생을 위한 실험 장치도.
(Target : 32 um Aluminium, FC : Faraday cup, TPS : Thomson parabola spectrometer, OAP : Off axis parabola mirror, XPD : X-ray photodiode)
-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 F C signal [ m V ] t [ ns ] TEK#65_V=-1.5 kV TEK#66_V=-1.5 kV TEK#67_V=-1.5 kV TEK#68_V=-1.5 kV TEK#69_V=-1.5 kV TEK#70_V=-1.5 kV 20090804 Al 30 μm / 280 mJ 150 μm pinhole / CR39#157 (a) (b)
그림 2. (a) Al 32 um 와이어 타겟에서 발생된 양성자의 Faraday cup 신호 (b) Al 30 um foil 타겟에서 발생된 양성자의 Faraday cup 신호
