高強度レーザー生成プラズマを利用したX線増幅過程の研究

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H03478
• Research Institution: Japan Synchrotron Radiation Research Institute
• 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)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: XFEL / レーザープラズマ

Outline of Annual Research Achievements

内殻電離状態のプラズマから放射されるKα線はそのエネルギーが数keVであり、XFELの光子エネルギーに相当するため、内殻電離状態の原子がX線の増幅のためのゲイン媒質として利用可能である。本研究では、高強度レーザーによりゲイン媒質となる内殻電離状態のプラズマを生成し、そこにXFELをシード光として入射することで、X線増幅を行う。これまで、テーブルトップの比較的小型のフェムト秒レーザーを用いて生成されたプラズマを使ってX線増幅が確認された。その後、更にX線増幅のエネルギーを高めるため、大型のハイパワーフェムト秒レーザー生成プラズマを使ったX線増幅に取り組んでいる。この実験システムではレーザーのショット数が限られるため、信号スペクトルと参照スペクトルの同時計測が可能な新たなシングルショットスペクトロメーターを開発してきた。
このシングルショット分光計測法を用いて、ハイパワーレーザーとXFELを組み合わせたX線増幅実験を行った。しかし、X線増幅を捉えることはできなかった。テーブルトップレーザーとハイパワーレーザーとのプラズマ状態の違いが原因だと考えられるため、開発した分光計測法を用いたシングルショットX線吸収分光計測を用いて、ハイパワーレーザー生成プラズマの特性を調べた。CuのK吸収端近傍、Kα線近傍、Kβ線近傍のX線吸収分光を、フェムト秒領域の時間分解能で行った。その結果、Cuの束縛電子の励起寿命や、熱平衡に達するまでの電離の状態を知ることができた。この知見は、プラズマの過渡的状態を明らかにするために重要であり、今後のX線増幅過程のゲイン生成の物理機構解明に大きく寄与することが期待される。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。