| Project/Area Number |
23K28361
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| Project/Area Number (Other) |
23H03672 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 80040:Quantum beam science-related
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
犬伏 雄一 公益財団法人高輝度光科学研究センター, XFEL利用研究推進室, 主幹研究員 (40506250)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
千徳 靖彦 大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (10322653)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
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| Keywords | レーザープラズマ / X線分光 / XFEL / X線光学 |
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| Outline of Research at the Start |
高強度光生成プラズマの過渡的状態の解明と、それを応用した新しいX線光学の開拓を目的とした研究を実施する。高強度の可視光レーザーやX線レーザーの照射で生成される高密度プラズマは内殻電離状態を経て、フェムト秒からピコ秒の時間スケールで熱平衡に至る。本研究では、フェムト秒のパルス幅のX線自由電子レーザー(XFEL)を用いたX線吸収分光計測による電離状態の時間発展の計測と、理論・シミュレーション研究との連携により、非平衡かつ過渡的なプラズマの物理過程を解明する。更に、反転分布状態を利用したX線レーザーの発振・増幅、その光子エネルギー制御など、プラズマの過渡的状態を活用した新たなX線光学の展開を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度は高強度可視光レーザー生成プラズマのイオン化ダイナミクスに関わる研究を実施した。このプラズマの生成初期は、外殻電子が多く電離されつつも内殻電子も電離されているという内殻電離プラズマとなる。これはエネルギー的に不安定な状態であり、ピコ秒程度でプラズマは熱化すると考えられているが、時間分解能の不足により、実験的研究は困難であった。本研究では、この内殻電離プラズマのイオン化ダイナミクスを調べるために、X線自由電子レーザー（XFEL）をプローブ光として用いた、レーザーポンプ・X線プローブ法によるフェムト秒時間分解X線吸収分光計測を実施した。実験では外殻、M殻、L殻の電離の時間発展を計測するため、それぞれ、K吸収端近傍、Kβ線近傍、Kα線近傍を対象とした。レーザー照射後500フェムト秒程度で、K吸収端より高エネルギー側で透過率が大きく上昇、Kβ線近傍では透過率が大きく減少、これらの変化が10ピコ秒以上持続した。これは、外殻とM殻の電子が急激に電離し、その後もその電離が持続することを示している。一方、Kα線近傍では透過率低下の後、4ピコ秒程度で透過率が元に戻っており、L殻の空孔がその時間で緩和することを示している。この結果は、外殻、M殻、L殻の超高速の電離ダイナミクスを示している。更に、原子過程・輻射物理を組み込んだ最先端プラズマ粒子コードPICLSを用いた解析を実施した。このPICLSでは、従来は精密に取り扱ってこなかった内殻電離状態についても、その励起・電離過程から脱励起・再結合過程までを組み込み、詳細な計算を可能とした。その結果、実験で観測されたK吸収端近傍の急激な透過率上昇を再現することに成功した。これらの実験、理論シミュレーションの結果は、高強度可視光レーザー生成プラズマの超高速イオン化ダイナミクス解明において重要な成果である。
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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
XFELを用いた高強度可視光レーザー生成プラズマのＸ線吸収分光計測に成功し、更に理論シミュレーションとの比較においても良好な結果が得られたため、本研究はおおむね順調に進行しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
高強度可視光レーザー生成プラズマのＸ線吸収分光計測の成果は、速やかに論文にまとめて投稿する。
更に、高強度XFELを用いた実験を実施するための準備を行う。2024年度は、既存のX線高精度楕円ミラーを組み合わせたコンパクトナノ集光光学系を構築し、その集光性能評価と、X線非線形光学への応用に関する試験を実施する。このナノ集光光学系で達成できるX線強度では、亜鉛までの原子についてK殻電子を電離して反転分布を生成、KαをASEレーザーとして発振できる見込みがある。このコンパクトなナノ集光装置が実現すれば、様々な装置との組み合わせが可能となるため、これまでは不可能であった条件での実験が実施できるようになる。高強度XFELにより生成されるプラズマに関する研究を加速させることが期待されると同時に、将来的には高強度可視光レーザーと高強度XFELを組み合わせた実験も視野に入れることができる。
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