Study on X-ray laser in laser produced plasma of solid rare gas

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K05122
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: 天野 壮 兵庫県立大学, 高度産業科学技術研究所, 助教 (50271200)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: X線レーザー / レーザープラズマ / VUV / 固体アルゴン / 空間制御 / 強制冷却

Outline of Annual Research Achievements

固体アルゴンターゲットによるレーザープラズマX線源を発展させたテーブルトップ型の連続繰り返し軟X線（VUV）レーザーを目指して、その可能性を研究している。電子再結合励起X線レーザーにおいては、そのプラズマを急激に冷却して強い再結合状態にして反転分布を作る必要があり、そのためにプラズマを空間的・時間的に制御して冷却する方法を研究した。
これまで石英ガラスや穴あき銅板によるタンパーを用いてプラズマを空間的に閉じ込める方法を探ってきたが、なかなか思うように上手くプラズマを閉じ込める事ができず急激な冷却効果を上げることが出来ていない。そこで新規アイディアとして、ターゲットを溝構造にする方法を思いついた。これは生成されたアルゴンプラズマをまた対面する固体アルゴンターゲットに衝突させて急激な冷却を得ようとするアイディアである。そのため従来の平面構造をもつターゲット供給装置をV溝構造の供給装置を開発して、その試験を行なった。その結果、新規のV溝構造でも従来通り固体アルゴンターゲット層が生成できてターゲット供給に成功した。このV溝状の固体アルゴンターゲットに1μmのNd:YAG　Qスイッチレーザーパルスを点集光してプラズマを生成、その発光の様子を分光器で測定した。その結果、平面構造ターゲットに比べ明らかに発光強度が上がる事を確認した。
短パルス（或いは高速立ち下がり）で高ピークパワーレーザーを用いてプラズマの時間制御をしようという試みについては、既存の老朽化したシステムを改良する方法は諦め、代わりの別のピコ秒あるいはフェムト秒パルスレーザーの導入を検討した。その結果、要求仕様を満たすのは本研究内では難しいことが判明したので見合わせる事とした。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

当初想定していたプラズマ空間制御法の実験を全て試したが成果が上げられず、研究計画の修正・追加をおこなった。また、時間制御法で改良を予定していた既存のレーザーシステムの老朽化が想定以上に激しく流用できなくなった。さらにその他のレーザー装置も度重なる、故障・修理により遅れの原因となった。コロナ禍の影響で全ての研究活動が停滞したのが大きな原因である。

Strategy for Future Research Activity

この新規のV溝ターゲットを用いて固体アルゴンプラズマ発光強度増強をより詳しく調べ、その空間制御法を検証し、急激なプラズマ冷却により軟X線量（VUV）が増加することを実証する。即ち、従来から使用している市販のNd:YAG Qスイッチナノ秒レーザーをラインフォーカスにしてその発光の振る舞いを調べる。さらに発光強度のプラズマ長依存性などの測定も試みる。また、その時着目するX線波長は従来の50nm帯以外にも範囲を広げ、アルゴン以外のキセノン、クリプトンの固体希ガスターゲットについても探査する。以上の結果より、研究成果をまとめプラズマ冷却法によるX線レーザー実現の可能性について論じる。

Causes of Carryover

計画時に想定していた既存のレーザーシステムを改修して新システムを構築する予定であったが、想像以上の老朽化によりこれを断念。別のシステムも検討したが、要求仕様を満たすことが困難であることが判明したので断念した。そのための予算が浮いた。これらの予算は、新規のアイディアである溝型ターゲット実験に充当する。