Development of X-ray phase contrast imaging platforms for investigations dynamic evolution of matter in extreme conditions

• 研究課題/領域番号: 17K05729
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: Pikuz Tatiana 大阪大学, 先導的学際研究機構, 特任准教授(常勤) (20619978)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: Phase contrast imaging / High resolution Imaging / Pump-probe experiment / LiF detector / XFEL probe beam / Plasma instabilities / Shock compressed matter / High Resolution Imaging / XFEL backlighting / Phase contrast imaging, / High Resolution imaging, / Pump-probe experiment, / LiF detector, / XFEL backlighting, / phase contrast imaging / high resolution imaging / pump-probe experiment / XFEL backligting

研究成果の概要

X線イメージングはフェムト秒スケールで高速に変化する現象を観察できる計測手法であり、高エネルギー密度科学の分野で広く用いられているが、これまでのX線イメージング技術は空間分解能が限定的であった。私たちは高輝度X線源とLiF結晶を組み合わせることで、サブミクロンの高空間分解能とミリメートルサイズの広視野、1e6を超える極めて高いダイナミックレンジを同時に実現する位相コントラストイメージングのプラットフォームを開発した。これによりプラズマ不安定性による乱流相の観察や、衝撃圧縮されたダイヤモンド試料を伝搬する連続的な弾性波と塑性波の観察、XFELビームの詳細な特性評価といった結果を得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

This work provides a new insides for better understanding miscellaneous phenomena of instabilities in liquid and plasma flows, in engineering and nature, and for study compression dynamics of a matter important in astrophysics, inertial confinement fusion, and advanced material creation

研究成果

• [国際共同研究] LULI, Ecole Polytechnique/Bordeaux University(フランス)
• [国際共同研究] Helmholtz-Zentrum Dresden- Rossendorf(ドイツ)
• [国際共同研究] Joint Institute for High Temperatures/Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics/National Research Nuclear University(ロシア連邦)
• [国際共同研究] ENEA(イタリア)
• [国際共同研究] LULI, Ecole Polytechnique/Bordeaux University(フランス)
• [国際共同研究] Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(ドイツ)
• [国際共同研究] Joint Institute for High Temperatures/Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics/National Research Nuclear University(ロシア連邦)
• [国際共同研究] ENEA(イタリア)
• [国際共同研究] LULI, Ecole Polytechnique(France)
• [国際共同研究] Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(ドイツ)
• [国際共同研究] Joint Institute for High Temperatures/Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics/National Research Nuclear University(ロシア連邦)
• [国際共同研究] ELI-NP(Romania)
• [雑誌論文] Soft X-ray diffraction patterns measured by a LiF detector with sub-micrometre resolution and an ultimate dynamic range (2020)
  • 著者名/発表者名: Makarov Sergey、Pikuz Sergey、Ryazantsev Sergey、Pikuz Tatiana、Buzmakov Alexey、Rose Max、Lazarev Sergey、Senkbeil Tobias、von Gundlach Andreas、Stuhr Susan、Rumancev Christoph、Dzhigaev Dmitry、Skopintsev Petr、Zaluzhnyy Ivan、Viefhaus Jens、Rosenhahn Axel、Kodama Ryosuke、Vartanyants Ivan A.
  • 雑誌名: Journal of Synchrotron Radiation 巻: 27(3) 号: 3 ページ: 625-632
  • DOI: 10.1107/s1600577520002192
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of high spatial resolution lithium fluoride X-ray detectors (2019)
  • 著者名/発表者名: Mabey P.、Albertazzi B.、Michel Th.、Rigon G.、Makarov S.、Ozaki N.、Matsuoka T.、Pikuz S.、Pikuz T.、Koenig M.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 90 号: 6 ページ: 063702-063702
  • DOI: 10.1063/1.5092265
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photoluminescenceproperties and characterization of LiF-based imaging detector irradiated by 10 keVXFEL beam (2019)
  • 著者名/発表者名: F. Bonfigli, N. J. Hartley, c, Y. Inubushi, M. Koenig, T. Matsuoka, S. Makarov, R.M. Montereali, E. Nichelatti, N. Ozaki, M. Piccinini, S. Pikuz, T. Pikuz, D. Sagae, M.A. Vincenti, M. Yabashi,T. Yabuuchi
  • 雑誌名: Proc. of SPIE 巻: 110350N ページ: 1-11
  • DOI: 10.1117/12.2520907
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Advanced high resolution x-ray diagnostic for HEDP experiments (2018)
  • 著者名/発表者名: Faenov A. Y.、Pikuz T. A.、Mabey P.、Albertazzi B.、Michel Th.、Rigon G.、Pikuz S. A.、Buzmakov A.、Makarov S.、Ozaki N.、Matsuoka T.、Katagiri K.、Miyanishi K.、Takahashi K.、Tanaka K. A.、Inubushi Y.、Togashi T.、Yabuuchi T.、Yabashi M.、Casner A.、Kodama R.、Koenig M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-018-34717-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of new diagnostics based on LiF detector for pump-probe experiments (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Pikuz, A. Faenov, N. Ozaki, T. Matsuoka, B. Albertazzi, N.J. Hartley, K. Miyanishi, K. Katagiri, S. Matsuyama, K. Yamauchi, H. Habara, Y. Inubushi, T. Togashi, H. Yumoto, H. Ohashi, Y. Tange, 他12名
  • 雑誌名: Matter and Radiation at Extremes 巻: 3 号: 4 ページ: 197-197
  • DOI: 10.1016/j.mre.2018.01.006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Turbulent hydrodynamics experiments in high energy density plasmas: scientific case and preliminary results of the TurboHEDP project (2018)
  • 著者名/発表者名: Casner A.、Rigon G.、Albertazzi B.、Michel Th.、Pikuz T.、Faenov A.、Mabey P.、Ozaki N.、Sakawa Y.、Sano T.、Ballet J.、Tzeferacos P.、Lamb D.、Falize E.、Gregori G.、Koenig M.
  • 雑誌名: High Power Laser Science and Engineering 巻: 6 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1017/hpl.2018.34
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In Situ Characterization of XFEL Beam Intensity Distribution and Focusability by High-Resolution LiF Crystal Detector (2018)
  • 著者名/発表者名: Pikuz T. A.、Faenov A. Ya.、Matsuoka T.、Albertazzi B.、Ozaki N.、Hartely N.、Muray Ricardo Arturo O.、Yabuuchi T.、Habara H.、Matsuyama S.、Yamauchi K.、Inubushi Y.、Yabashi M.、Nishikino M.、Kawachi T. Pikuz S. A.、Bleiner D.、Tanaka K. A.、Ishikawa T.、Kodama R.等
  • 雑誌名: Proceedings of the 15th International Conference on X-ray Lasers 巻: 202 ページ: 109-115
  • DOI: 10.1007/978-3-319-73025-7_17
  • ISBN: 9783319730240, 9783319730257
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of new diagnostics based on LiF detector for pump-probe experiments (2018)
  • 著者名/発表者名: Pikuz T.A., Faenov A.Ya., Ozaki N., Matsuoka T., Albertazzi B., Hartley N., Miyanishi, K Katagiri, S. Matsuyama, K. Yamauchi K., Habara H., Inubushi Y., Togashi T., Yumoto H., Ohashi H., Tange Y., Yabuuchi T., Yabashi M., Grum-Grzhimailo A., Casner A., Skobelev I., Makarov S. Pikuz S. , et all.
  • 雑誌名: Matter and Radiation and ExtremesRadiation 巻: 印刷中
• [雑誌論文] Burst intensification by singularity emitting radiation in multi-stream flows (2017)
  • 著者名/発表者名: Pirozhkov A. S.、Esirkepov T. Zh.、Pikuz T. A.、Faenov A. Ya.、Ogura K.、Hayashi Y.、Kotaki H.、Ragozin E. N.、Neely D.、Kiriyama H.、Koga J. K.、Fukuda Y.、Sagisaka A.、Nishikino M.、Imazono T.、Hasegawa N.、Kawachi T.、Bolton P. R.、Daido H.、Kato Y.、Kondo K.、Bulanov S. V.、Kando M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 17968-17968
  • DOI: 10.1038/s41598-017-17498-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Merging of XFEL beam with lithium fluoride detector as a new imaging platform for HEDS beamline experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: Pikuz T., Ozaki N., Albertazzi B., Rigon G., Mabey P., Michel Th., Matsuoka T., et al
  • 学会等名: SACLA User’s Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Large field of view sub-micron spatial resolution phase contrast imaging with LiF detector (2019)
  • 著者名/発表者名: Pikuz T., Ozaki N., Albertazzi B., Kodama R., Koenig M.
  • 学会等名: SACLA User’s Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Application of LiF crystal detector for high-performance imaging and radiography with XFEL Beam (2019)
  • 著者名/発表者名: Pikuz T., Faenov A., Ozaki N., Matsuoka T., Katagiri K., Pikuz S., Kodama R.
  • 学会等名: Photonics and Electromagnetics Research Symposium (PIERS), Conference on Laser, Spectroscopy and Imaging for Functionalized Photonic Devices
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evaluation of photoluminescence response of LiF imaging detector at PETRA III x-ray source (2019)
  • 著者名/発表者名: Makarov S.S., Pikuz S.A., Ryazantsev S.N., Faenov A.Ya., Pikuz T.A., Buzmakov A.V., et al
  • 学会等名: 3rd European Conference on Plasma Diagnostics (EPCD)
  • 国際学会
• [学会発表] Imaging and control of soft and hard X-ray sources by using lithium fluoride detector in HEDP experiments (2019)
  • 著者名/発表者名: Makarov S., Pikuz S., Pikuz T., Faenov A., Fukuda Y., Kawachi T., Albertazzi B., et al
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density
  • 国際学会
• [学会発表] Searching for turbulence in high energy density Rayleigh-Taylor instability experiments (2019)
  • 著者名/発表者名: Casner A., Sano T., Pikuz T., Koenig M.
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effect of the Atwood number and initial perturbation on the Rayleigh-Taylor instabilities (2019)
  • 著者名/発表者名: Rigon G., Pikuz T., Faenov A., M Koenig.
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density
  • 国際学会
• [学会発表] Rayleigh-Taylor instabilities relevant to supernovae remnants (2019)
  • 著者名/発表者名: Rigon G., T., Sakawa Y., Pikuz T., Faenov A., Koenig M.
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density
  • 国際学会
• [学会発表] Advanced high resolution x-ray diagnostics for HEDP experiments (2019)
  • 著者名/発表者名: Mabey P., Albertazzi B., Rigon G., Michel T., Pikuz T., Ozaki N., Pikuz S., Casner A., Koenig M.
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density
  • 国際学会
• [学会発表] Imaging and control of soft and hard X-ray sources by using lithium fluoride detector in HEDP experiments (2019)
  • 著者名/発表者名: Makarov S., Pikuz S., Pikuz T., Faenov A., Vartaniants I.
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density
  • 国際学会
• [学会発表] Ionization and Radiation properties of plasma created by ultra-intense femtosecond laser pulses interaction with medium- and high-Z foils (2018)
  • 著者名/発表者名: Pikuz T.A., Faenov A.Ya., Alkhimova M.A., Nishiuchi M., Skobelev I.Yu., Pikuz S.A., Ryazantsev S.N., Sakaki H., Pirozhkov A.S., Zigler A., Kodama R., Kondo K.
  • 学会等名: Second Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Turbulent Hydrodynamics Experiments in High Energy Density settings (2018)
  • 著者名/発表者名: Casner A., Mailliet C., Rigon G., Albertazzi B., Michel T., Sano T., Pikuz T., Tzeferacos P., Lamb D., Ballet J., Falize E., Sakawa Y., Martinez D.A., Khan S., Masse L., Smalyuk V.A., Koenig M.
  • 学会等名: Second Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of a X-ray source contact microscopy applicationobtained from laser-produced plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: Salvadori M., Andreoli P.L., Bollanti S., Bombarda F., Cipriani M., Consoli F., Cristofari G., De Angelis R., Di Giorgio G., Flora F., Giulietti D., Mezi L., Migliorati M., Akhimova M., Pikuz S., Pikuz T.
  • 学会等名: 5th International Conference on Frontier in Diagnostic Technologies
  • 国際学会
• [学会発表] Revealing the parameters of laser-plasma and FEL X-ray sources using LiF detector (2018)
  • 著者名/発表者名: Makarov S.S., Pikuz S.A., Pikuz T.A., Ivanov K.A., Dubatkov M.A., Buzmakov A., Grum-Grzhimailo A.N., Matsuoka T., Matsuyama S., Yamauchi K., Ozaki N., Albertazzi B., Kawachi T., Ishikawa T., Kodama R.
  • 学会等名: International Conference on Ultrafast Optical Science
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of a X-ray source contact microscopy application obtained from laser-produced plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: Salvadori M., Andreoli P.L., Bollanti S., Bombarda F., Cipriani M., Consoli F., Cristofari G., De Angelis R., Di Giorgio G., Flora F., Giulietti D., Mezi L., Migliorati M., Akhimova M., Pikuz S., Pikuz T.
  • 学会等名: International Laser Plasma Summer School LaPlaSS "Diagnostic techniques for laser-plasma experiments at High repetition rate”. Salamanca
  • 国際学会
• [学会発表] Rayleigh-Taylor instabilities relevant to Supernovae Remnants (2018)
  • 著者名/発表者名: Rigon G., Casner A., Albertazzi B., Michel Th., Mabey P., Falize E., Ballet J., Pikuz S., Sano T., Sakawa Y., Pikuz T., Faenov A., Osaki N., Kuramitsu Y., Valdivia M.P., Tzeferacos P., Lamb D., Koenig M.
  • 学会等名: 12th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics (HEDLA)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of x-ray phase contrast imaging method for investigation of Rayleigh-Taylor Instabilities in the context of laboratory astrophysics (2018)
  • 著者名/発表者名: Pikuz T., Faenov A.Ya., Ozaki N., Matsuoka T., Albertazzi B., Hartley N., Pikuz S., Makarov S., Grum-Grzhimailo A., Casner A., Rigon G., Koenig M., Tanaka K.A., Ishikawa T., Kodama R.
  • 学会等名: International Conference on Matter and Radiation at Extremes
  • 国際学会
• [学会発表] X-ray spectroscopic diagnostics of stainless steel plasma produced by femtosecond ultra-intense laser pulses (2018)
  • 著者名/発表者名: Pikuz T., Faenov A., Alkhimova M., Skobelev I.Yu., Pikuz S.A., Nishiuchi M., Sakaki H., Pirozhkov A.S., Nishitani K., Miyahara T., Watanabe Y., Kodama R., Kondo K.
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density Science
  • 国際学会
• [学会発表] Wide-range high-resolution LiF crystal x-ray detector calibrated with synchrotron radiation (2018)
  • 著者名/発表者名: Makarov S.S., Pikuz S.A., Ryazantsev S.N., Grum-Grzhimailo A.N., Senin R.A., Pikuz T.A., Faenov A.Ya., Skopintsev P., Lazarev S., Rose M., Vartaniants I.
  • 学会等名: XXIII International Conference on Equations of State for Matter
  • 国際学会
• [学会発表] Development of new diagnostics in the interests of pump-probe experiments (2017)
  • 著者名/発表者名: Pikuz T.A., Faenov A.Ya., Ozaki N., Matsuoka T., Albertazzi B., Hartley N., Matsuyama S., Yamauchi K., Habara H., Inubushi Y., Togashi T., Yumoto H., Ohashi H., Tange Y., Yabuuchi T., Yabashi M., Grum-Grzhimailo A., Casner A., Rigon G., Koenig M., Tanaka K.A., Ishikawa T., Kodama R.
  • 学会等名: International Conference on Matter and Radiation at Extremes (ICMRE)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New x-ray diagnostic development for pump-probe experiments (2017)
  • 著者名/発表者名: Pikuz T.A., Faenov A.Ya., Ozaki N., Matsuoka T., Albertazzi B., Hartley N., Matsu Campus, yama S., Yamauchi K., Habara H., Inubushi Y., Togashi T., Yumoto H., Ohashi H., Tange Y., Yabuuchi T., Yabashi M., Grum-Grzhimailo A., Casner A., Rigon G., Koenig M., Tanaka K.A., Ishikawa T., Kodama R.
  • 学会等名: The 1st Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of new diagnostics in the interests of pump-probe experiments (2017)
  • 著者名/発表者名: Pikuz T., Faenov A., Ozaki N., Matsuoka T., Albertazzi B., Hartely N., Matsuyama S., Yamauchi K., Habara H., Inubushi Y., Togashi T., Yumoto H., Ohashi H., Tange Y., Yabuuchi T., Yabashi M., Grum-Grzhimailo A., Casner A., Rigon G., Koenig M., Tanaka K.A., Ishikawa T., Kodama R.
  • 学会等名: The 6th International Conference on High Energy Dendsity Physics (ICHED2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Testing micrometric radiography platform based on LiF X-ray crystal detector and picosecond laser produced plasma X-ray source for investigation of the Rayleigh-Taylor instabilities developing in the solid phase (2017)
  • 著者名/発表者名: Pikuz T.A., Faenov A.Ya., Koenig M., Casner A., Rigon G., Albertazzi B., Ozaki N., Matsuoka T., Kodama R.
  • 学会等名: International conference on high energy density science 2017 (HEDS2017)
  • 国際学会