Effect of mesoscale material structure in laser shock-produced ultrahigh pressure conditions
Project/Area Number |
22K18702
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Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
尾崎 典雅 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70432515)
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Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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Keywords | 超高圧 / 極限状態 / 高強度レーザー / X線自由電子レーザー / メゾスケール構造 |
Outline of Research at the Start |
超高圧・超高ひずみ速度圧縮における物質極限状態に対して、バルク物質材料が有するマイクロメートルスケールまでのメゾスケール構造が及ぼす影響を、フェムト秒分解のX線プローブ計測・観察によって直接的に検討する。これまでの高圧物質科学やレーザー極限科学の研究では、メゾスケール物質構造の極限物質状態への影響はほとんど検討されてこなかった。高強度レーザー駆動の超高圧極限環境において、これらメゾ構造が物質のミクロとマクロにどのように影響しているかを、X線自由電子レーザー利用の超高速時間分解観察によって検討する。原子分子とマクロ材料を繋ぐ新しい領域で新たな知見の獲得や方法論の構築に寄与する。
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Outline of Annual Research Achievements |
ハイパワーレーザーショック圧縮とXFELプローブを組み合わせた超高速ポンププローブ法に基づいた実験を実施した。これまでに申請者らが確立してきたフェムト秒X線回折(XRD)の原子レベル観察と相補的に、高エネルギー密度物質状態に対するメゾスケール観察を先駆けて行うことができた。アルミナやダイヤモンドなどのセラミックス材料において、日本が強みを有する高圧合成技術などを駆使して、結晶粒径、粒界、空孔などをナノレベルからサブミクロンレベルまで制御した試料を用意した。数100万気圧レベルまでピーク圧力とひずみ速度を変化させたレーザーショックを駆動し、高エネルギー密度状態となった物質に対して、以下を実施した。
1) 超解像ラディオグラフ: XFELビームを超高圧状態のターゲットに照射し、フェムト秒・サブミクロン分解の超解像ラディオグラフ観察を実施した。ショック波面およびその背後におけるマクロ-メゾスケールの構造の影響を直接観察することができた。 2) 超高速X線回折: 同じく超高圧状態のターゲットに対して、集光したXFELビームを照射し、X線回折観察を実施した。圧縮軸方向に対する格子変形の様子やその配向度を、ピーク圧力やひずみ速度を変化させながら詳細なデータを得た。 3) 超高速X線小角散乱: その場XFEL小角散乱診断のプラットフォームを構築し、上記のX線回折観察と同時に、集光XFELビームを利用したX線小角散乱観察を実施することができた。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
独自に確立してきたフッ化リチウム結晶撮像素子を利用して、ショック波面およびその背後におけるマクロ-メゾ構造の影響を明らかにすることができた。特に、ショック波面をはじめとした境界面においては、詳細な形状とその時間進展、それらの圧力やひずみ速度に対する影響を検討できるデータを初めて取得した。またそのためのターゲット開発に成功した。
X線回折(XRD)観察では、これまで確立してきた反射型のXRD配置だけでなく、新たに透過型の配置での実験も標準的に可能にして、ミクロな構造変化のメカニズムを検討した。
数100万気圧レベルのショック圧縮条件において、衝撃融点近傍での相分離反応などによる均質系から不均質系への物質状態の変化を直接調べるための実験的な方法論を確立しつつあり、全く新しいデータが得られ始めている。
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Strategy for Future Research Activity |
確立してきたX線観察を継続してさらにデータ蓄積することに加えて、対応する高エネルギー密度条件で、線結像速度干渉計(VISAR)と放射輝度温度計(SOP)による可視光観察を行い、メゾスケール構造の熱力学状態量などマクロパラメータへの影響を明らかにする。ナノ多結晶からミクロ多結晶の高品質試料を用いたターゲット開発を進め、結晶粒界効果などを系統的に理解するための実験を行うとともにデータを収集する。X線観察の結果との比較検討から包括的な理解を進展させる。
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Report
(1 results)
Research Products
(47 results)
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[Journal Article] Direct LiF imaging diagnostics on refractive X-rat focusing at the EuXFEL High Energy Density instrument2023
Author(s)
. S. Makarov, M. Makita, M. Nakatsutsumi, T. Pikuz, N. Ozaki, T.R. Preston, K. Appel, Z. Konopkova, V. Cerantola, E. Brambrink, J.-P. Schwinkendorf, I. Mohacsi, T. Burian, J. Chalupsky, V. Hajkova, L. Juha, V. Vozda, B. Nagler, U. Zastrau, S. Pikuz
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Journal Title
Journal of Synchrotron Radiation
Volume: 30
Issue: 1
Pages: 1-9
DOI
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[Journal Article] Multibeam laser-plasma interaction at the Gekko XII laser facility in conditions relevant for direct-drive inertial confinement fusion2023
Author(s)
Cristoforetti G., Koester P., Atzeni S., Batani D., Fujioka S., Hironaka Y.、Huller S.、Idesaka T.、Katagiri K., Kawasaki K., Kodama R., Mancelli D., Nicolai Ph., Ozaki N.、Schiavi A.、Shigemori K.、Takizawa R., Tamagawa T., Tanaka D., Tentori A., Umeda Y., Yogo A., Gizzi L. A.
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Journal Title
High Power Laser Science and Engineering
Volume: 11
Pages: 1-11
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[Journal Article] Phase transition and melting in zircon by nanosecond shock loading2022
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Physics and Chemistry of Minerals
Volume: -
Issue: 5
Pages: 8-8
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Sakai K.、Moritaka T.、Morita T.、Tomita K.、Minami T.、Nishimoto T.、Egashira S.、Ota M.、Sakawa Y.、Ozaki N.、Kodama R.、Kojima T.、Takezaki T.、Yamazaki R.、Tanaka S. J.、Aihara K.、Koenig M.、Albertazzi B.、Mabey P.、Woolsey N.、Matsukiyo S.、Takabe H.、Hoshino M.、Kuramitsu Y.
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Volume: 12
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Pages: 1-9
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Journal Title
Review of Scientific Instruments
Volume: 93
Issue: 6
Pages: 063505-063505
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Physical Review B
Volume: 105
Issue: 22
Pages: 1-7
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Journal Title
Physical Review E
Volume: 106
Issue: 2
Pages: 1-7
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Z. HE,T. E. COWAN,A.DESCAMPS, M. FRENCH ,E. GALTIER,A. E. GLEASON ,G. D. GLENN ,N.OZAKI,S. PANDOLFI ,C.QU, D. RANJAN,R. REDMER ,C. SCHOENWAELDER, A. K. SCHUSTER, M. G. STEVENSON,K. SUEDA ,T.TOGASHI ,T. VINCI ,K. VOIGT,J. VORBERGER,M. YABASHI,T. YABUUCHI ,L. M. V. ZINTA ,A. RAVASIO AND D. KRAUS
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Science Advances
Volume: 8
Issue: 35
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 12
Issue: 1
Pages: 1-8
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Organizer
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