We report an experimental investigation on nuclear reactions using an intense, ultra-short laser-accelerated proton and deuteron beam generated by the interaction of 25 fs, 150 TW Ti: sapphire laser pulse with normal thin foils and foils containing deuterium atoms. The production of a positron-emitting short-lived 11C radio-isotope from the interaction of protons and deuterium ions with a solid boron palette by means of 11B (p, n)11C and 10B (d, n)11C nuclear reactions was studied. The maximum radioactivity in the optimized laser irradiation condition was found to be 5.2 kBq per laser shot, which corresponds to ∼9 × 106 atoms of 11C isotopes using the 11B (p, n)11C reaction. The relative efficiency of 11C production using a proton and deuteron beam was also explored experimentally. About 30 % enhancement in 11C activity was observed with CD2 coated targets. It was also found that because of the relatively low deuteron energy threshold of the reaction 10B (d, n)11C, even the low energy part of the accelerated deuterons in the spectrum can be used for efficient 11C production. In the same setup, the proton-induced fusion reaction in the boron target (p + 5B11 ⇒ 3α + 8.7 MeV) was also studied. The resultant fusion yield and alpha particle energy spectrum was measured.
我々は、25 fs、150 TWのTi:サファイアレーザーパルスと通常の薄膜および重水素原子を含む薄膜との相互作用によって生成される、超高強度・超短パルスレーザー加速陽子・重陽子ビームを用いた核反応に関する実験的調査を報告する。陽子および重陽子と固体ホウ素標的との相互作用による、陽電子放出性の短寿命11C放射性同位体の生成を、11B(p,n)11Cおよび10B(d,n)11C核反応を介して研究した。最適化されたレーザー照射条件下での最大放射能は、1ショットあたり5.2 kBqであり、これは11B(p,n)11C反応を用いた場合の約9×10⁶個の11C同位体原子に相当する。陽子ビームと重陽子ビームを用いた11C生成の相対効率も実験的に調査した。CD₂コーティング標的を用いることで、11C活性の約30%の増強が観測された。さらに、10B(d,n)11C反応の重陽子エネルギー閾値が比較的低いため、加速された重陽子のスペクトル中の低エネルギー部分も効率的な11C生成に利用可能であることが見出された。同じ実験セットアップにおいて、ホウ素標的における陽子誘起核融合反応(p+11B→3α+8.7 MeV)も研究し、その結果得られる核融合収量とα粒子エネルギースペクトルを測定した。