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レーザーイオン源は固体ターゲットにレーザーを照射して発生した高密度のパルスプラズマからイオンを引き出すことで、高強度パルスイオンビームを生成することができる。材料照射等で多くの照射量が必要となる場合はパルス生成を早い繰り返しで行う必要があるが、パルスが近接すると相互のパルスの影響で単一パルスとは異なる振る舞いや不安定な挙動につながる可能性がある。本研究は、高頻度でプラズマを生成して連続したビームを生成する基礎研究として、レーザーイオン源で2つのプラズマパルスを安定に生成可能な条件を明らかにすることを目的とした。
まず、レーザーイオン源で生成するプラズマの特性の測定を行った。イオン種には炭素を選択し、照射ごとに未照射面が必要となるC6+等の高価数イオンでなく、同一面の照射で生成可能なC1+やC2+の低価数イオンとした。ターゲットにはグラファイトを用い、照射エネルギーを変えて生成イオンのエネルギーおよび価数分布を取得した。価数・エネルギー分析は静電アナライザーを用いて行うが、C1+やC2+等の低価数イオンはエネルギーが低いため、既存の電極(軌道半径r=150mm)では印加電圧が低く正しい分析結果を得られなかったため、軌道半径の小さい(r=25mm)電極により、正しい測定結果を得られるようにした。また、2つのプラズマパルスを時間間隔を制御して生成可能にするため、２つのレーザー装置から出射するレーザーをそのエネルギーを合わせて同一光軸上に合成する光学系を構築するとともに、２つのレーザーの出射間隔やエネルギーを任意に制御し、生成イオン電流波形を測定するための制御・計測プログラムを開発した。これらの装置・プログラムを用いてプラズマの連続生成実験を行った結果、30マイクロ秒程度までのパルス間隔で相互パルスの影響がなくプラズマの生成が可能であることを確認した。
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