| 研究課題/領域番号 |
21226022
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
吉田 陽一 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (50210729)
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| 研究分担者 |
法澤 公寛 大阪大学, 産業科学研究所, 特任研究員 (00403006)
近藤 孝文 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (50336765)
楊 金峰 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (90362631)
菅 晃一 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (60553302)
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| 研究期間 (年度) |
2009-05-11 – 2014-03-31
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| キーワード | 計測工学 / 時間分解吸収分光 / 高速反応の解析 / 短パルス電子線 / パルスラジオリシス |
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| 研究概要 |
平成24年度は、10 fs を切る真のフェムト秒パルス電子ビーム発生に成功し、THzオートコリレーション法の開発により10 fs のパルス幅測定に成功した。さらに紫外-赤外フェムト秒パルスラジオリシスの構築により放射線化学の重要な問題を解決し、新たな知見を得た。光吸収測定の高度化は現在も推進中である。
1．真のフェムト秒パルス電子ビーム発生：フェムト秒レーザーにより電子銃でフェムト秒電子パルスを発生し、加速位相と磁気パルス圧縮器の最適化、3次効果パルス幅増大のスリットによる低減など、革新的手法により10 fsを切る真のフェムト秒パルス電子ビームの発生に成功した。
2．THzオートコリレーション法による10 fs 電子パルス幅測定：100fs以下ではストリークカメラでパルス幅測定できないので、新しく測定手法を開発した。当初デフレクティング空洞を用いた方法を提案したが、現装置では困難である事がシミュレーションにより分かった。そこでパルス電子ビームが発生するコヒーレント放射光をマイケルソン干渉計に導入しインターフェログラムを測定するTHzオートコリレーション法を新たに開発し10fs電子パルス幅の測定に成功した。
3．紫外-赤外フェムト秒パルスラジオリシスの構築：様々な活性種の時間挙動を測定するために、波長可変フェムト秒レーザー、光学系、検出器など測定システム全体の多波長化を図り240-1600 nmで測定可能となった。核燃料再処理における溶媒の放射線分解や水素発生に重要なアルキルラジカルや、生体中の放射線効果で重要なOHラジカル等を測定し、新しい知見が得られつつある。
4．光吸収測定の高度化：フェムト秒電子ビームを発生するために電荷量を低減した結果、光吸収測定に困難が生じた。これを解決するために光吸収測定の高精度化を開始し、レーザービーム制御装置により分析光の安定性向上を図った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究の内容は、新規のパルスラジオリシスの開発とそれを活用した量子ビーム誘起現象初期過程の解明のハード面とソフト面の二つからなっており、両者が融合した研究の推進を図っている。
ハード面では、フェムト秒パルス電子線を発生し計測するために、電子線パルスの放射光を用いた新たな測定手法であるTHzオートコリレーターを開発し、真のフェムト秒電子ビームを発生させるために、フォトカソードからフェムト秒レーザーで電子を発生し、パルス圧縮を最適化することにより真のフェムト秒パルス電子ビームを発生し、計測することに成功した。化学反応を測定するためのシングルパルス電子線では世界最短の電子パルスを発生することに成功しており、研究は順調に進展している。10 fsの電子線パルスの発生するために、電子間反発抑制のために電荷量を低減したことにより光吸収測定が難しくなった。これを解決してパルスラジオリシス測定を実現するためにパルスラジオリシス光吸収測定の高度化を行っており、H24年度後半に光源の安定性向上を図った。
ソフト面では、測定システム全体の多波長化を図ったことにより240-1600 nmで測定可能となり、核燃料再処理における溶媒の放射線分解や水素発生機構に重要なアルキルラジカルや、生体中の放射線効果で特に重要なOHラジカル等を測定し、量子ビーム誘起初期過程の幾つかの問題を解決し、新しい知見を多数得ている。今後も予定以上の成果が見込まれる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成25年度は、これまでに開発した10 fsを切る真のフェムト秒パルス電子ビーム発生技術、等価速度分光法パルスラジオリシス技術、ダブルデッカーパルスラジオリシス技術等の要素技術を集約・最適化する。
真のフェムト秒パルス電子ビームを発生するために、電荷量を低減したことにより光吸収測定が困難となっている。これを解決するためにパルスラジオリシス光吸収測定の高度化を行う。光源の安定化、ノイズ対策、等価速度分光法、ダブルパルス法等を駆使することにより、アト秒パルスラジオリシスシステムの基盤を確立する。それと並行して、開発されたパルスラジオリスを活用し、量子ビーム誘起初期過程の研究を展開する。
研究費の使用計画は、物品として、3次のパルス幅増大効果を削減する真空内XY自動スリット、光吸収測定の高度化のための安定化ファイバ光源、温度制御セルホルダー、低脈動フローシステム、高S/Nアンプなどを予定している。消耗品として、試料など高純度化学薬品、試料調整のためのガラス器具、パルスラジオリシス測定のための特注光学研磨薄板石英セル、超広帯域ミラー、光学部品保持器具、大口径光ファイバ等を購入する。特に最終年度であるので、研究成果の論文投稿費や、国内・国際会議での成果発表の旅費等に使用する。
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