水溶液中ペタワットレーザー場によるX線発生の機構

• Project/Area Number: 14077202
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 畑中 耕治 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (90312545)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福村 裕史 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50208980)
• Project Period (FY): 2002 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥28,000,000 (Direct Cost: ¥28,000,000); Fiscal Year 2005: ¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000); Fiscal Year 2004: ¥6,900,000 (Direct Cost: ¥6,900,000); Fiscal Year 2003: ¥7,700,000 (Direct Cost: ¥7,700,000); Fiscal Year 2002: ¥9,400,000 (Direct Cost: ¥9,400,000)
• Keywords: パルスX線発生 / 水溶液 / フェムト秒レーザー / 偏光 / 溶媒和電子 / 濃度効果 / 過酸化水素 / 時間分解測定 / パルスX線 / チャープ / パルス幅 / ダブルパルス / アブレーション / 表面あらさ / 偏光依存性 / X線発光スペクトル / X線吸収微細構造 / 銅フォイル / 硫酸銅水溶液 / 電解質水溶液 / 塩化セシウム / ダブルパルス励起 / 過渡吸収スペクトル

Research Abstract

X線発光強度の円偏光励起ならびに水溶液への添加物に対する依存性を明らかにし、パルス幅内における高強度レーザーと水溶液との根互作用に関して議論した。またダブルパルス励起によるX線発光強度の増加に対して溶媒和電子生成の観点から、過酸化水素添加の影響を明らかにした。
円偏光励起では、p偏光成分からs偏光成分を増加させて行くに従いX線発光強度が減少した。またある楕円率の円偏光のうちp偏光のみを用いた場合、光強度がより高い円偏光の場合と比べてX線発光強度が増加した。両者でX線発光スペクトル測定を行いスペクトルの傾きから電子温度を求めたところ、p偏光励起の場合がより高くなった。共鳴吸収は起こりにくい実験条件であることから、初期の多光子イオン化、2次電子放出といった過程に対して、s偏光成分が抑制的にはたらいていると推測される。
ダブルパルス励起によるX線発生では、これまでに遅延時間8nsまでに4つのピークが観測されていた。また8ns以降もX線発光強度が増加し続けており、その原因に関しては不明であった。これに対し、プレパルス照射によって生成した溶媒和電子が関与しているのではないかと考え、試料に蒸留水ならびに過酸化水素水を用いて実験を行った。その結果、8ns以降では過酸化水素水でX線発光強度が減少した。また遅延時間を15nsとしたとき、X線発光強度が過酸化水素濃度が増加するに従い減少した。過酸化水素は溶媒和電子と反応して失活させると考えられることから、8ns以降におけるX線発光強度の増加は溶媒和電子によるメインパルスの吸収が関連していると結論した。

Research Products

• [Journal Article] Femtosecond-laser induced X-ray emission from metal alloys, polymers, and color filters (2005)
  • Author(s): K.Hatanaka, ほか3名
  • Journal Title: Appl.Surf.Sci. 247・1-4 Pages: 232-237
• [Journal Article] Femtosecond-laser induced X-ray emission from metal alloys, polymers and color filters (2005)
  • Author(s): K.Hatanaka.K.Yomogihata, H.Ono, H.Fukumura
  • Journal Title: Appl.Surf.Sci. (印刷中)
• [Journal Article] Density changes accompanying wave propagation in cerium catalyzed Belousov-Zhabotinsky reaction (2005)
  • Author(s): M.Kasuya, K.Hatanaka, J.Hobley, H.Fukumura, H.Sevcikova
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B 109 Pages: 1405-1410
• [Journal Article] Dynamics of Re(2,2'-bipyridine)(CO)3CI MLCT formation and decay after picosecond pulsed x-ray excitation and femtosecond UV excitation (2005)
  • Author(s): L.Zhao, H.Odaka, H.Ono, S.Kajimoto, K.Hatanaka, J.Hobley, H.Fukumura
  • Journal Title: Photochem.Photobio.Sci. 4 Pages: 113-117
• [Journal Article] White X-ray pulse emission of alkali halide aqueous solutions irradiated by focused femtosecond laser pulses : A spectroscopic study on electron temperatures as function of laser intensity, solute concentration, and solute atomic number (2004)
  • Author(s): K.Hatanaka, T.Miura, H.Fukumura
  • Journal Title: Chem.Phys. 299 Pages: 265-270
• [Journal Article] Laser ablation-induced gas and flyer ejection from composite films applied to regulation of a liquid micro-stream (2004)
  • Author(s): M.Yoneda, Y.Yamato, M.Tsuyumoto, Y.Funaki, K.Hatanaka, J.Hobley, H.Fukumura
  • Journal Title: Appl.Phys.A 79 Pages: 845-848
• [Journal Article] ガラスを含む種々の透明材料を用いたフェムト秒レーザー誘起パルスX線発生 (2004)
  • Author(s): 畑中耕治, 福村裕史
  • Journal Title: NEW GLASS 19・3 Pages: 61-66
• [Book] "X-ray generation from optical transparent materials by focusing ultra-short laser pulses", Chap.10 in 3D Laser Microfabrication (H.Misawa and S.Juodkazis eds.) (2006)
  • Author(s): K.Hatanaka, ほか1名
  • Publisher: Wiley-VCH(印刷中)
• [Publications] K.Hatanaka, T.Miura, H.Fukumura: "White X-ray pulse emission of alkali halide aqueous solutions irradiated by focused femtosecond laser pulses : A spectroscopic study on electron temperatures as function of laser intensity, solute concentration, and solute atomic number"Chemical Physics. (印刷中). (2004)
• [Publications] H.Ujii, M.Yoshidome, J.Hobley, K.Hatanaka, H.Fukumura: "Structural variations in self-assembled monolayers of 1-pyrenehexadecanoic acid and 4,4'-bipyridyl on graphite at the liquid-solid interface"Phys.Chem.Chem.Phys.. 5. 4231-4235 (2003)
• [Publications] E.G.Villora, K.Hatanaka, H.Odaka, T.Sugawara, T.Miura, H.Fukumura, T.Fukuda: "Luminescence of undoped beta-Ga2O3 single crystals excited by picosecond X-ray and sub-picosecond UV pulses"Solid State Commun.. 127. 385-388 (2003)
• [Publications] 畑中耕治, 三浦聡文, 尾高英穂, 小野博司, 福村裕史: "フェムト秒レーザーを用いた各種パルスX線発生法と時間分解X線分析への応用の可能性"分析化学. 52・6. 373-381 (2003)
• [Publications] A.Takamizawa, S.Kajimoto, J.Hobley, K.Hatanaka, K.Ohta, H.Fukumura: "Explosive boiling of water after pulsed IR laser heating"Phys.Chem.Chem.Phys.. 5. 888-895 (2003)
• [Publications] 畑中耕治, 福村裕史: "フェムト秒レーザーパルスを集光照射した電解質水溶液ジェットからのパルスX線発生"放射線化学. 75. 41-45 (2003)
• [Publications] 畑中耕治, 三浦聡文, 尾高英穂, 小野博司, 福村裕史: "フェムト秒レーザーを用いた各種パルスX線発生法と時間分解X線分析への応用の可能性"分析化学. (印刷中). (2003)
• [Publications] 畑中耕治, 福村裕史: "フェムト秒レーザーパルスを集光照射した電解質水溶液ジェットからのパルスX線発生"放射線化学. 75(印刷中). (2003)
• [Publications] 畑中耕治, 小野博司, 福村裕史: "カセットテープを用いたパルスX線源"分光研究. 52. 31-32 (2003)
• [Publications] K.Hatanaka, T.Miura, H.Fukumura: "Ultrafast X-ray Pulse Generation by Focusing Femtosecond Infrared Laser Pulses onto Aqueous Solutions of Alkali Metal Chloride"Applied Physics Letters. 80.21. 3925-3927 (2002)
• [Publications] K.Hatanaka, T.Miura, H.Ono, Y.Watanabe, H.Fukumura: "Photon energy conversion of IR femtosecond laser pulses into X-ray pulses using electrolyte aqueous solutions in air"Science of Super-Strong Field Interactions. 260-267 (2002)