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高強度レーザーを用いたクラスター分子のクーロン爆発ダイナミックスに関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 16032205
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関京都大学

研究代表者

阪部 周二  京都大学, 化学研究所, 教授 (50153903)

研究分担者 橋田 昌樹  京都大学, 化学研究所, 助手 (50291034)
清水 政二  京都大学, 化学研究所, 助手 (30378856)
飯田 敏行  大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60115988)
佐藤 文信  大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40332746)
研究期間 (年度) 2004 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
7,400千円 (直接経費: 7,400千円)
2005年度: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2004年度: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
キーワード高強度レーザー / 短パルスレーザー / クラスター / クーロン爆発 / 高エネルギーイオン
研究概要

本研究では高強度フェムト秒レーザーとナノ・ミクロ粒子(レーザー波長よりも小さく、外部から電子が供給されない孤立個体系)の相互作用の物理を調べている。このような系として水素や希ガスのクラスターを対象とした。高強度フェムト秒レーザーによりクラスターを瞬時にプラズマ化(イオン化)することができ、クラスターがマイクロプラズマあるいはイオンクラスターとなり、高エネルギーイオンを放射する。レーザークラスター相互作用によるイオン発生過程は発生イオンのエネルギー分布より考察できる。クラスターが球プラズマになると断熱膨張し、発生するイオンは一般にはボルツマン型(エネルギーに対し単調減少)分布を示す。最大のエネルギーは電子温度の10倍程度になる。他方、クラスターから電子が剥離され、瞬時にイオンクラスターが形成されれば、クーロン爆発によりイオンが発生し、有限の最大エネルギーをもったエネルギーの1/2乗型の分布になる。高強度フェムト秒レーザーをアルゴンクラスターに照射することにより発生するアルゴンイオンのエネルギー分布を実験的に調べ、クラスタークーロン爆発モデルにより考察した。最大イオンエネルギーの背圧(クラスターサイズ)依存は球状イオンクラスタークーロン爆発解析モデルにより解釈できる。最大イオンエネルギーのレーザーパルス幅、レーザー強度、背圧のすべての依存性において、クラスターが断熱膨張マイクロ球状プラズマではなくクーロン爆発するイオンクラスターになっていることを示唆した。さらに、エネルギー分布のイオンエネルギー依存の累乗数のレーザー強度依存やダブル遅延パルスを用いた予備照射クラスターのクーロン爆発実験結果から、10^<17>W/cm^2以下のレーザー強度ではクラスターの全体がイオン化されるのではなく、表面だけがイオン化され、イオン化される層の厚さはレーザー強度に依存し、中心部は冷たいまま残ることが初めて明らかとなった。

報告書

(2件)
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2006 2005 2004

すべて 雑誌論文 (7件)

  • [雑誌論文] Energetic Ion Generation by Coulomb Explosion in Cluster Gas and a Low-Density Plastic Foam with an Intense Femtosecond Laser2006

    • 著者名/発表者名
      S.Sakabe, et al.
    • 雑誌名

      Laser Physics Vol.16,No.4

      ページ: 1-5

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Elements and their transitions feasible for NEET2005

    • 著者名/発表者名
      S.Sakabe, et al.
    • 雑誌名

      Atomic Data and Nuclear Data Tables Vol.91

      ページ: 1-7

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 短パルスレーザーによるナノアブレーション2005

    • 著者名/発表者名
      橋田昌樹, 清水政二, 阪部周二
    • 雑誌名

      レーザー研究 Vol.33,No.8

      ページ: 514-518

    • NAID

      10029621748

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Ultrafast single-shot optical oscilloscope based on time-to-space conversion due to temporal and spatial walk-off effects in nonlinear mixing crystal2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Takagi, et al.
    • 雑誌名

      Jap.Journal of Applied Physics Vol.44,No.9A

      ページ: 6546-6549

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Coulomb explosion of hexa-fluorobenzene induced by an intense laser field2005

    • 著者名/発表者名
      S.Shimizu, et al.
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters 404

      ページ: 379-383

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Energy distributions of ions emitted from Argon clusters Coulomb-exploded by intense femtosecond laser pulses2004

    • 著者名/発表者名
      M.Hirokane, et al.
    • 雑誌名

      Physical Review A 69(6)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Generation of high energy protons from hydrogen clusters Coulomb-exploded by intense femtosecond laser pulses2004

    • 著者名/発表者名
      S.Sakabe, et al.
    • 雑誌名

      Physical Review A 69(2)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2018-03-28  

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