2023 Fiscal Year Research-status Report
Effect of mesoscale material structure in laser shock-produced ultrahigh pressure conditions
Project/Area Number |
22K18702
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
尾崎 典雅 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70432515)
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Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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Keywords | 超高圧 / 極限状態 / 高強度レーザー / X線自由電子レーザー / メゾスケール構造 / アルミナ / ダイヤモンド / 結晶粒界 |
Outline of Annual Research Achievements |
ハイパワーレーザーショック圧縮とXFELプローブを組み合わせた超高速ポンププローブ法に基づいた実験を継続した。これまでに申請者らが確立してきたフェムト秒X線回折(XRD)の原子レベル観察と相補的に、高エネルギー密度物質状態に対するメゾスケール観察も継続することができた。アルミナやダイヤモンドなどのセラミックス材料の日本が強みを有する高圧合成技術などを駆使して、ナノ-サブミクロンレベルの結晶粒径、粒界、空孔などの影響を初めて実験的に検討した。数100万気圧レベルまでピーク圧力とひずみ速度を変化させたレーザーショックを駆動し、高エネルギー密度状態の物質に関して、以下の実験を実施した。 1)衝撃圧縮特性計測:アルミナ多結晶試料に対して400万気圧超までの超高圧状態を生成し、衝撃波速度を高精度に計測することで、機械力学的特性を明らかにした。結晶粒径に対する依存性を詳しく明らかにすることを念頭に、ナノ多結晶アルミナ試料の開発も並行して開始した。 2) XFEL-X線回折:約250万気圧程度までの圧力域において、多結晶アルミナ試料に対するX線自由電子レーザーX線回折観察を実施した。130万気圧領域周辺でのアルミナ結晶格子の圧縮非等方性、およびRh2O3高圧構造などへの構造相転移を観察した。 3)XFEL超解像ラディオグラフ:X線自由電レーザービームを超高圧縮状態のターゲットに非集光で照射することで、独自の撮像技術を用いたフェムト秒・サブミクロン分解の超解像ラディオグラフ観察を実施した。試料中を伝搬するショック波面およびその背後の圧縮状態に関して、単結晶および多結晶試料間の違いを観察した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
X線自由電子レーザーによる超高速X線回折では、高精度に格子変形を計測することで、多結晶系における材料強度が定量的に可視化できるようになってきた。また、独自に確立してきたフッ化リチウム結晶撮像素子を利用したラジオグラフでは、ショック波面およびその背後におけるマクロ-メゾ構造の影響を具体的に明らかにすることができるようになってきている。以下のような特筆すべき成果が創出されている。 1)多結晶アルミナにおいて400万気圧超までの衝撃圧縮状態を初めて明らかにできた。単結晶アルミナの衝撃圧縮曲線と定量的に比較可能なデータから圧縮率の変化を検討することができた。 2) X線自由電子レーザーを用いたX線回折パターンの観察から、250万気圧の圧力までで多結晶アルミナの圧縮の非等方性を初めて定量的に明らかにした。また約130万気圧の圧力では、アルミナ高圧相のRh2O3構造の生成を示唆する回折ピークが出現すること、およびこのRh2O3とアルミナが圧力平衡の混合状態になる可能性が初めて示された。 3)X線自由電レーザーを用いた超解像ラジオグラフ観察から、単結晶と多結晶試料において欠陥伝搬の様子が明瞭に異なることが初めて明らかになった。
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Strategy for Future Research Activity |
開発を開始しているナノ多結晶試料に対する実験に拡張する。線結像速度干渉計(VISAR)と放射輝度温度計(SOP)からなる可視光観察と、X線観察を組み合わせて、実験によるデータの蓄積を行う。X線回折により圧縮の非等方性と圧縮率、融点近傍までの衝撃圧縮状態方程式、サブテラパスカル域での放射特性、などを解明するとともに、単結晶およびミクロ多結晶試料の結果と比較検討する。結果の公表を速やかに行う。
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Causes of Carryover |
新型コロナや世界的な物価高騰など国際的情勢の影響を受けて、試料調達やレーザーメンテナンスサポート、海外共同実験ビームタイムなどに調整が必要であった。次年度使用額として、高圧レーザー実験を行うための試料調達とレーザーメンテナンスサポート費用に充てる。また再開した対面開催の研究集会や共同実験参加のための旅費に充てる。
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Research Products
(57 results)
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[Journal Article] Evidence for dissociation in shock-compressed methane2024
Author(s)
Tabak G., Rygg J. R., Millot M., Kim Y.-J., Hamel S., Celliers P. M., Fratanduono D. E., Ali S., Erskine D., Boehly T. R., Suer T.-A., Dasenbrock-Gammon N., Dias R., Zhang S., Hu S. X., Hansen L. E., Henderson B. J., Zaghoo M., Ogawa T., Murayama D., Miyanishi K., Ozaki N., et. al.
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 109
Pages: 064102
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Indirect evidence for elemental hydrogen in laser-compressed hydrocarbons2023
Author(s)
D. Kraus , Chekrygina,,R. W. Falcone, L. B. Fletcher, S. Frydrych, E. Galtier, D. O. Gericke, S. H. Glenzer, E. Granados, Y. Inubushi, N. Kamimura, K. Katagiri, M. J. MacDonald,A. J. MacKinnon, T. Matsuoka, K. Miyanishi,N. Ozaki,
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Journal Title
Physical Review Research
Volume: 5
Pages: L0220231~9
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Damage threshold of LiF crystal irradiated by femtosecond hard XFEL pulse sequence2023
Author(s)
S. Makarov, S.Grigoryev, N.Inogamov, E. Filippov, T. Pikuz, N.Ozaki, M.Ishino, M. Nishikino, Thanh-Hung Dinh, T. Kawachi, M. Zanaveskin, M. Makita, M. Nakatsutsumi, T. R. Preston, K. Appel, Z.Konopkova,
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Journal Title
Optics Express
Volume: 31
Pages: 26383~26383
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Direct imaging of shock wave splitting in diamond at Mbar pressure2023
Author(s)
S.Makarov,S.Dyachkov,T.Pikuz,K. Katagiri ,H. Nakamura,V.Zhakhovsky,N.Inogamov,V.Khokhlov,A.Martynenko,B.Albertazzi,G.Rigon,P.Mabey,N.J.Hartley,Y.Inubushi,K.Miyanishi,K.Sueda,T.Togashi,M.Yabashi,T.Yabuuchi,T.Okuchi,R.Kodama,S.Pikuz,M.Koenig,N. Ozaki
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Journal Title
Matter and Radiation at Extremes
Volume: 8
Pages: 066601~066601
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Transonic dislocation propagation in diamond2023
Author(s)
K.Katagiri,T.Pikuz,L.Fang,B.Albertazzi,S.Egashira,Y.Inubushi,G.Kamimura,R.Kodama, M.Koenig, B.Kozioziemski, G.Masaoka, K.Miyanishi, H.Nakamura, M.Ota, G.Rigon, Y.Sakawa, T.Sano, F.Schoofs, Z. J. Smith, , and N. Ozaki
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Journal Title
Science
Volume: 382
Pages: 69~72
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] XFEL Radiographic Observation of SiO2 during Shock Compression Process2023
Author(s)
Gooru Masaoka, Tatiana Pikuz, Kento Katagiri, Ryousuke Kodama, Takuo Okuchi, Bruno Albertazzi, Michel Koenig, Kohei Miyanishi, Keiichi Sueda, Toshinori Yabuuchi, Makina Yabashi, Norimasa Ozaki
Organizer
OPTICS & PHOTONICS International Congress 2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Damage threshold of LiF crystal irradiated by femtosecond hard XFEL pulse sequence2023
Author(s)
Sergey Makarov, Sergey Grigorye, Tatiana Pikuz, Norimasa Ozaki, Masahiko Ishino, Tetsuya Kawachi, Masaharu Nishikino, Thanh-Hung Dinh, Maxim Zanaveskin, Mikako Makita, Motoaki Nakatsutsumi, Thomas Preston, Karen Appel, Zuzana Konopkova, Valerio Cerantola, Erik Brambrink,
Organizer
OPTICS & PHOTONICS International Congress 2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Mechanism of graphite-lonsdaleite phase transition under shock compression2023
Author(s)
Rei Sakaguchi, Hirotaka Nakamura, Yoichiro Hironaka, Kento Katagiri, Keita Nonaka , Kohei Miyanishi ,Keiichi Sueda, Makina Yabashi , Toshinori Yabuuchi , Ryosuke Kodama, Norimasa Ozaki
Organizer
The 11th International workshop on Warm Dense Matter ,WDM2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Spectroscopic radiation spectral observations of laser-induced damped shock compression states2023
Author(s)
M. Nakagawa, N. Ozaki, K. Yamagishi, G. Kamimura, R. Iwamoto1, K. Nonaka, K. Katagiri, Y. Hironaka, T. Sano, R. Kodama
Organizer
The 11th International workshop on Warm Dense Matter ,WDM2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Prediction of laser-irradiation parameters in high-power laser surface processing using deep convolutional neural network2023
Author(s)
K. Rani , N. Ozaki, Y. Hironaka, K. Hashimoto, K. Mukai , K. Miyake , R. Kodama, H. Nakamura, S. Takai , and H. Nagatomo
Organizer
The 11th International workshop on Warm Dense Matter ,WDM2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Research on freezing of materials under high pressure by Bessel-beam driven microexplosions in transparent materials2023
Author(s)
H. Nakamura, Y. Ota, H. Oguraa, D. Kamibayashi G. Kamimura, D. Murayama, L. Rapp, E. Gamaly A. Rode, T. Matsuoka, D. Sagae, Y. Seto T. Shobu, T. Somekawa, A. Tominaga,
Organizer
The 11th International workshop on Warm Dense Matter ,WDM2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] 結晶中を超音速伝搬する転位のXFELラジオグラフ観察2023
Author(s)
尾崎典雅,片桐健登,Tatiana Pikuz,Lichao Fang,Bruno Albertazzi,江頭俊輔,犬伏雄一,上村拳生,兒玉了祐,Michel Koenig,Bernard Kozioziemski,政岡豪流,宮西宏併,中村浩隆,太田雅人,Gabriel Rigon,坂和洋一,佐野孝好,Frank Schoofs,Zoe J. Smith,末田敬一,冨樫格
Organizer
高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2023 (JCHIS 2023)
Invited
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