| 研究課題/領域番号 |
15H05472
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
富田 健太郎 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 助教 (70452729)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 協同トムソン散乱 / 軟X線光源用プラズマ / レーザー生成プラズマ / イオン価数計測 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、軟X線光源応用を目的としたレーザー生成プラズマ中のイオン価数・電子密度・電子温度のリアルタイム計測システムの確立を目指している。これを、協同的トムソン散乱法によるイオン項スペクトルと電子項スペクトルを、同時に検出することで達成する。特に計測価値の高いイオン価数計測に重点を置き、軟X線光源で予想される10-40のイオン価数を時間分解（< 2 ns）および空間分解（<0.1 mm）計測可能とすることを目指す。具体的な実験は以下の手順を計画している。まずはイオン項・電子項の同時計測（以下、同時トムソン散乱計測）を可能とするための、特製分光器を作製する。次に、この分光器を含むシステム全体の最適化を以下に示す３段階で進める。大気中で生成したレーザー生成空気プラズマを用いて、迷光フリーの条件での同時トムソン散乱計測を行う（第１段階、27年度）。軽元素ターゲット（炭素）LPPに同時トムソン散乱を適用する（第２段階、28年度）。重元素ターゲット（タングステン・金・鉛他）プラズマに同時トムソン散乱を適用し、多価イオンプラズマ（10価以上）に対してイオン価数や電子密度・温度計測を行う（第3段階、28年度後半～29年度）。
上記計画に基づき、本年度（27年度）は、特製分光器を作製し、大気中で生成したレーザー生成ブレイクダウンプラズマに対して、イオン項と電子項の測定を行った。その結果、予想されたように、電子項スペクトルはプラズマ生成初期（生成後1μs以内）において、強いプラズマの自発光が障害となり、十分な計測が行えなかった。強い自発光に打ち勝つ計測は、計測レーザーの短パルス化が有効となる。現在は誘導ブリルアン散乱現象を利用したレーザーの短パルス化を進めており、これにより、より広い実験条件で同時トムソン散乱が達成されることが期待される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の予定通り、協同的トムソン散乱計測により、イオン項と電子項を同時に取得するためのシステム構築が達成された。また、レーザー生成空気ブレイクダウンプラズマに対して、実際にイオン項・電子項の測定を行い、それぞれからのスペクトルを得た。当初の予定では、比較的電子密度、イオン価数が低い空気ブレイクダウンプラズマでは、プラズマ自発光による電子項の測定障害はそこまでないと予想していた。ところが実際には、プラズマ生成直後の時刻では、電子項スペクトルは強い自発光の影響で、十分な精度で計測ができないことが分かった。これを解決する手段の一つとして、計測レーザーのパルス幅ｗ狭め、計測時間幅を短時間にすることがある。簡便にこのことを実施するには、水セルを用いた誘導ブリルアン散乱によるパルス圧縮技術がある。現在はこのためのシステムを新たに作製中である。これにより、プラズマ自発光の影響は相対的に10パーセント以下に低減されることが期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
基本的には、当初の予定通りに進めていく。すなわち28年度は、27年度に構築した同時トムソン散乱計測システムを用いて、軽元素で生成したレーザー生成プラズマ（炭素ターゲットなど）に対して、計測を進める。このときの最大の懸念事項は、27年度の空気プラズマでは問題とならなかった迷光対策である。特にイオン項はスペクトル幅が狭い上に、計測レーザー波長（532nm）周辺に現れる。そのため、わずかな迷光が大きな問題となる。すでにその課題を見越した分光器設計になっているが、実際にどの程度迷光が問題となるか、その条件を明らかにする必要がある。
加えて、電子項計測では27年度の空気ブレイクダウンプラズマと同様に、プラズマ自発光との強度比の改善が必要となる。現在構築・調整を進めている誘導ブリルアン散乱レーザーパルス圧縮システムにより、自発光と電子項の強度は相当に改善されるはずであり、その効果についても評価を進めていく予定である。
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