短パルス紫外レーザー照射による気体・液体中での衝撃波の発生と応用

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04222210
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 香川 喜一郎 福井大学, 教育学部, 助教授 (90115296)
• Keywords: 衝撃波 / レーザープラズマ / 衝撃波ブラズマ / レーザー発光分光分析 / 水中衝撃波

Research Abstract

炭酸ガスレーザーはパルス幅が比較的広しために、衝撃波プラズマの初期過程を見ることはできなかった。今回エキシマーレーザーを用いることでこれが可能となった。レーザー照射後200nsで発光の矢端は立上りを見せ始め、400nsで明らかに衝撃波が生じていることが観測された。この先端は時間と共に移動し、先端の位置と時間の関係はセドフ等によって得られている理論式とよく一致する事がわかった。
鉄鋼標準試料および真鍮の標準試料を用いて、エキシマーレーザー誘起衝撃波プラズマによる発光分光分析の検出限界を求めた。Crのスペクトル線速度とその付近のバックグランド強度を比輔したところ、バックグランドに相当する濃度(B.E.C)は約10PPmである事がわかった。この事から潜在的検出限界は0.1PPmと言え、固体の直接分析法として本法は非常に高感度である事が明らかとなった。フッ素についてもこの方法で分析を行った。フッ素は励起エネルギーが高く通常の発光分析法では検出困難な元素であるが、我々の方法により生体中の分析に適用できる事がわかった。
エキシマーレーザーを10〜50mJのエネルギー範囲で水中の金属試料に集光し衝験試料に集光し衝撃液を発生させた。ターゲットの金属の種類によって衝撃波の発生に違いがあり、特にAlが通していることがわかった。また試料の厚みによっても影響され、0.1から0.3mmの薄いものが効果的に水中衝撃波を発生させる事がわかった。この事から金属中を衝撃波が伝播し、試料の裏側で反射し、効果的にターゲットから原子を噴出させ、水中の衝撃波の発生させている事が明らかとなった。水中の発生した衝撃波を観測するために、He-Neレーザーをプローブ光として用い、屈折率のわずかな変化を、サンプリングオシロスコープで計測した。

Research Products

• [Publications] H.Kurniawan他: "Effect of Difference Atmosheres on the Excitation Process of TEA CO_2 Laser Induced Shock Wace Plasma" Applied Spectroscopy. 46. 581-586 (1992)
• [Publications] H.Kurniawan他: "Correlation between Front Speed and Initial Explosion Energy of the Blast Wave Induced by TEA CO_2 Laser" Jpn.J.Appl.Phys.31. 1213-1214 (1992)
• [Publications] W.Hardjoutomo他: "A Compact TEA CO_2 Laser for Field-based Spectrochemical Analysis of Geological Samples" Optics and Laser Technology. 24. 273-277 (1992)
• [Publications] K.Kagawa: "Blast Wave Generation by the Bombardment of TEA CO_2 Laser at Low Density" Proceeding of the International Workshop on Strong Shock Wave(Chiba Univ.). 97-116 (1992)
• [Publications] 谷 正信 他: "TEA CO_2 レーザー誘起衝撃波プラズマによる生体試料中の発光分光分析" 分光研究. 41. 265-269 (1992)