2011 Fiscal Year Annual Research Report
レーザープラズマ加速電子線を用いたフェムト秒X線パルス生成と時間分解X線回折応用
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23340186
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
三浦 永祐 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 主任研究員 (10358070)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒田 隆之助 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測フロンティア研究部門, 主任研究員 (70350428)
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| Keywords | 高性能レーザー / プラズマ / 量子ビーム / レーザープラズマ加速 / レーザーコンプトン散乱 / フェムト秒X線パルス / フェムト秒電子線パルス |
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| Research Abstract |
本研究は、レーザープラズマ加速で得られるフェムト秒電子線パルスとフェムト秒レーザーパルスを相互作用させ、レーザーコンプトン散乱を用いてフェムト秒X線パルスを発生し、それを時間分解X線回折等の高速現象観測に応用することを目的としている。
レーザーコンプトン散乱を用いてX線を発生するには、電子加速用レーザーパルスと電子散乱用レーザーパルスの高精度の同期衝突が必要である。プラズマ中で2レーザーパルスの重ね合わせで起こる非線形トムソン散乱による2倍高調波光発生を用いた同期衝突法の確立に着手した。1パルスを用いた予備的実験を実施し、2倍高調波光の発生を観測した。2倍高調波光の強度がレーザー強度のほぼ2乗に比例していることから、非線形トムソン散乱によって発生したことが確認され、その観測手法を確立した。また、2倍高調波光の強度と同時に発生するエネルギーの揃った準単色電子線のピークエネルギー、電荷量には相関があることを明らかにした。
シミュレーションを用いて、レーザーコンプトン散乱X線の光子数、エネルギー分布を評価した。ピークエネルギーが60MeV、相対的なエネルギー幅30%(半値全幅)、電荷量70pCの準単色電子線と波長800nm、エネルギー150mJ、パルス幅100fsのレーザーパルスを相互作用させた場合、5mradの散乱角内に2x10^7個程度のX線光子数、相対的なエネルギー幅は60%程度と広いが65keV近傍にピークを持つ準単色構造のスペクトルが得られることを明らかにした。
電子、X線の検出器となる蛍光板における蓄積エネルギーをシミュレーションにより計算し、感度を評価した。蛍光板は15～150keVのX線に対して感度があるが、エネルギー数10MeVの電子線に対する感度の1/10程度であることがわかった。しかし、上述の準単色電子線の電荷量、X線光子数が得られれば、シングルショットでエネルギー分解された電子像とX線像の同時計測が可能であることがわかり、電子、X線計測系の構築を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年、発生した震災により実験に用いるチタンサファイアレーザー装置が影響を受けた。光軸のずれが予想以上に大きく、その調整に時間を要した。そのため2ビームのうちの1ビームしか実験に利用できなかったが、非線形トムソン散乱による2倍高調波光発生の観測等の成果を上げることができた。また、シミュレーションを用いた発生X線の特性評価、検出器設計を行う等、次年度に向けての重要な成果を上げることができた。計画以上に進展している部分、やや遅れがある部分が混在しているが、全体としては、順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
当面の課題は、電子線と同期衝突させるフェムト秒レーザーパルスを発生するレーザー装置の第2ビームを整備することである。次年度は、この整備を早急に行い、レーザーコンプトン散乱によるX線発生を行う。X線光子数、エネルギー分布等の特性評価を行うと共に、発生光子数の増強等、X線源の高度化を行う。次年度は、フェムト秒X線パルス発生を実証するためのパルス幅測定法の開発を並行して進める。最終年度には、フェムト秒X線パルスを用いて時間分解X線回折等の高速現象観測を行う。
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