高強度フェムト秒レーザーを用いたポジトロンエミッター生成に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14780405
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 佐藤 文信 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40332746)
• キーワード: フェムト秒レーザー / 超高強度レーザー / クラスター / クーロン爆発 / 原子衝突 / 高エネルギーイオン発生

研究概要

本研究の目的は、高強度フェムト秒レーザーを用いて、高エネルギーイオンを発生させて、核反応に至る機構について調べる。既に、高強度フェムト秒レーザーとクラスター相互作用によって、高エネルギーイオンの発生および核反応に至る機構について報告されている。本年度は、核反応の効率を議論するために重要であるクラスターと高速イオンの衝突過程について調べた。
クラスターの生成は、ノズル径0.2mmのソレノイドパルスノズルを用いて、100atmまでの水素、ヘリウム、アルゴンガスを高真空領域に繰り返し10Hzで導入する。クラスターの発生はレーザー・レーリー散乱測定によって調べ、Arクラスターでノズル先端から15mmの位置で最大10^5 atoms/clusterを検出した。次に、Arクラスター発生領域にイオンビームを照射した。そして、クラスターとイオンビームの衝突過程で発生するフラグメントイオンを飛行時間型の質量分析装置を用いて調べた。検出された分子イオン数は、原子の衝突断面積から推定される数よりも大きいことがわかった。この実験結果について分子動力学シミュレーションを用いた解析を行い、イオンビームと衝突したArクラスターでは、衝突後にクラスターを構成する原子間でエネルギー(熱)伝達が生じて、クラスターが分裂し複数のフラグメントが発生することが明らかになった。また、フラグメントの運動エネルギーは1eV以下であることが示された。

研究成果

• [文献書誌] S.Okihara, T.Z.Esirkepov, K.Nagai, S.Shimizu, F.Sato, M.Hashida, T.Iida, K.Nishihara, T.Norimatsu, Y.Izawa, S.Sakabe: "Ion generation in a low-density plastic by interaction with intense femtosecond laser pulses"Physical Review E. 69. 026401 (2004)
• [文献書誌] S.Sakabe, S.Shimizu, M.Hashida, F.Sato, T.Tsuyukushi, K.Nishihara, S.Okihara, T.Kagawa, Y.Izawa, K.Imasaki, T.Iida: "Generation of high-energy protons from the Coulomb explosion of hydrogen clusters by intense femtosecond laser pulses"Physical Review A. 69. 023203 (2004)
• [文献書誌] F.Sato, T.Kagawa, S.Sakabe, K.Imasaki, T.Iida: "Fragmentation and Ion-Scattering in Collision of Fast Ion with Cluster"Proceedings of Second International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications. 1. 1195 (2003)
• [文献書誌] S.Shimizu, V.Zakhovskii, F.Sato, S.Okihara, S.Sakabe, K.Nishihara, Y.Izawa, T.Yatsuhashi, N.Nakashima: "Coulomb explosion of benzene induced by an intense laser field"Journal of Chemical Physics. 117. 3180 (2002)