大強度ライマンα光による水素同位体原子の微量検出法の開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650052
• Research Institution: The High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 三宅 康博 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教授 (80209882)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西山 樟生 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (50164611) ; 下村 浩一郎 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助手 (60242103) ; 永嶺 謙忠 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (50010947) ; パトリック ストラッサー 理化学研究所, ミュオン科学部門, 契約研究員 ; 松田 恭幸 理化学研究所, ミュオン科学部門, 研究員
• Keywords: 水素原子 / ライマンα光 / 差収波 / 共鳴イオン化 / 四波混合法 / 重水素 / 真空紫外 / レーザー

Research Abstract

水素原子の微量検出は、イオン源、炎、ガス放出などのプラズマや密度の低い気体の中での実験、プラズマCVD或いは核融合炉等様々な分野の研究において重要な課題である。これまで用いられているレーザー誘起発光法や3光子イオン化法の検出限界は、10^<7-8>個cm^<-3>と報告されている。本研究の目的はレーザーの線幅を200GHz程度に広げた大強度のライマンα光を生成し、それらを用いてレーザー共鳴イオン化(1S-2P-unbound)法によって水素原子の検出限界を4桁から5桁良い10^<2-3>個cm^<-3>を達成することである。波長122nmの真空紫外(VUV)光を作り出す方法として、Krの4P^55P準位を用いた四波共鳴差周波混合法を導入する。この手法では、Krの4P^55P準位に対応する2光子共鳴波長212.5nm(ω_r)と、その共鳴準位とライマンα光の差に相当する差収波(ω_t)を、Kr/Arの混合ガス中で、時間的にも空間的にも重ね合わせることによってライマンα光(ω_<VUV>)が生成される。
現在までに、本手法で0.1-1μJ/パルスのライマンα光をうることに成功しているが、ライマンαの強度、ビームクオリティを増強・改善するR&Dを行うことによって10-100μJ/パルスを達成する。科研費を使わせて頂き、コンパクトなデジタルオシロスコープを購入し、2種類のレーザー光の時間的な一致を常にモニターし、ライマンαの強度の増強に努める。
また既存の静電四重極レンズ、静電ミラー、質量分離用磁石等のパーツを利用し、バックグランドの小さい測定を可能とするTOF測定の為の装置を組み上げが終了したところである。

Research Products

• [Publications] Y. Miyake et al.: "Therminic Emission of Mu, H, D and T from hot W"Surface Science. 433-435. 785-789 (1999)
• [Publications] Y. Miyake et al.: "Construction of the experimental set-up for ultra slow muon generation by thermal Mu ionization method at RIKEN-RAL"Physica B. (2000)
• [Publications] 三宅康博: "超低速ミュオンの発生法の開発と、関連して得られたタングステン表面における水素原子同位体脱離過程の研究"真空. (2000)