X線散乱計測を用いた化合物・混合系中の固体-プラズマ遷移領域化学反応診断

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22684032
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 尾崎 典雅 大阪大学, 工学研究科, 助教 (70432515)
• キーワード: 超高圧 / ダイヤモンド / X線トムソン散乱 / 動的圧縮 / パワーレーザー / レーザー衝撃圧縮 / コンプトン散乱 / 極限化学反応

研究概要

化合物を始めとする種々の誘電体は動的超高圧高温下で溶融、さらに解離・電離を通じて最終的にプラズマへと転移する。固体-プラズマ遷移過程に介在する化学反応素過程や物質状態を理解するため、レーザー動的圧縮法とX線散乱スペクトル計測を用いた、マルチMbar・サブeVの固体-プラズマ遷移領域における新しい動的超高圧物性計測実験を行った。この圧力と温度の領域は、ユニークな物質や物性の発現に繋がる新しい物質研究領域に発展する可能性がある。
当該年度には、基盤となる実験技術手法を確立した。X線散乱スペクトルを計測するために、異なる2台の結晶分光器を用いて、Noncollective散乱計測と光源キャラクタライズを同時に実施できるシステムを構築した。光源にはレーザー駆動銅プラズマからのHe-α(8-9keV)線を用いた。
ダイヤモンドの固体-プラズマ遷移領域における化学反応を診断するために、レーザー衝撃波圧縮実験を実施した。溶融線より高温の領域における散乱スペクトルを計測し、コンプトン散乱強度から高圧液体炭素における電離反応を媒介とした自由電子数を定量的に診断した。衝撃波圧縮状態の計測は、レーザードップラー速度干渉計(VISAR)と可視域の空間・時間分解型放射温度計(SOP)をさらに改良して用いた。衝撃波速度の決定精度は、VISAR干渉縞明暗のコントラストに強く依存しているため、高ダイナミックレンジ可視ストリークカメラシステムを導入して、従来の干渉縞読み取り誤差一vを克服する世界随一の計測系へと準備を行った。これらの計測をX線散乱計測と同時に行うことによって、完全に高精度にキャラクタライズされた熱力学状態量に基づいた散乱スペクトル計測診断を行うことができる。

研究成果

• [雑誌論文] Laser-shock compression and Hugoniot measurements of liquid hydrogen to 55 GPa (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Sano, N.Ozaki, T.Sakaiya, K.Shigemori, M.Ikoma, T.Kimura, K.Miyanishi, T.Endo, A.Shiroshita, H.Takahashi, T.Jitsui, Y.Hori, Y.Hironaka, A.Iwamoto, T.Kadono, M.Nakai, T.Okuchi, K.Otani, K.Shimizu, T.Kondo, R.Kodama, K.Mima, Physical Review B
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 83 ページ: 054117_1-054117_7
  • 査読あり
• [雑誌論文] パワーレーザーが拓く超高圧と物質の世界 (2010)
  • 著者名/発表者名: 尾崎典雅、佐野孝好、真下茂、佐野智一、兒玉了祐
  • 雑誌名: プラズマ核融合学会誌 巻: Vol.86, No.10 ページ: 604-610
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ spectroscopic observation of silicate vaporization due 1 to>10 km/s impacts using laser driven projectiles (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kurosawa, S.Sugita, T.Kadono, K.Shigemori, Y.Hironaka, K.Otani, T.Sano, A.Shiroshita, N.Ozaki, K.Miyanishi, T.Sakaiya, Y.Sekine, S.Tachibana, K.Nakamura, S.Fukuzaki, S.Ohno, R.Kodama, T.Matsui
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: Vol.37 ページ: L23203_1-L23203_5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton radiography of a shock-compressed target (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Ravasio, L.Romagnani, S.Le Pape, A.Benuzzi-Mounaix, C.Cecchetti, D.Batani, T.Boehly, M.Borghesi, R.Dezulian, L.Gremillet, E.Henry, D.Hicks, B.Loupias, A.MacKinnon, N.Ozaki, H.S.Park, P.Patel, A.Schiavi, T.Vinci, R.Clarke, M.Notley, S.Bandyopadhyay, M.Koenig
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 82 ページ: 016407_1-016407_6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Significant static pressure increase in a precompression cell target for laser-driven dynamic compression experiments (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Kimura, N.Ozaki, T.Okuchi, T.Terai, T.Sano, K.Shimizu, T.Sano, M.Koenig, A.Hirose, T.Kakeshita, Y.Sakawa, R.Kodama
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 17 ページ: 054502_1-054502_4
  • 査読あり
• [雑誌論文] EOS measurements of pressure standard materials using laser-driven ramp compression technique (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Miyanishi, N.Ozaki, E.Brambrink, H.Wei, A.Benuzzi-Mounaix, A.Ravasio, A.Diziere, T.Vinci, M.Koenig, R.Kodama
  • 雑誌名: Journal of Physics Conference Series 巻: 215 ページ: 012199_1-012199_4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Static compression experiments for advanced coupling techniques of laser-driven dynamic compression and precompression target (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Kimura, N.Ozaki, T.Okuchi, T.Mashimo, K.Miyanishi, T.Endo, T.Jitsui, A.Hirose, M.Ikoma, T.Kakeshita, Y.Sakawa, T.Sano, T.Sano, K.Shimizu, T.Terai, R.Kodama
  • 雑誌名: Journal of Physics Conference Series 巻: 215 ページ: 012152_1-012152_4
  • 査読あり
• [学会発表] Off-Hugoniot measurements for diamond to TPa regime using reflected shock compression (2010)
  • 著者名/発表者名: Norimasa Ozaki, Tsutomu Mashimo, Tomoaki Kimura, Kohei Miyanishi, Takayoshi Sano, Tomokazu Sano, Tatsuya Jitsui, Tomofumi Soda, Youichi Sakawa, Ryosuke Kodama
  • 学会等名: 52nd Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: Chicago, USA
  • 年月日: 20101108-20101112
• [学会発表] GGGのテラパスカル領域における異常体積変化 (2010)
  • 著者名/発表者名: 尾崎典雅, 真下茂, 木村友亮, 宮西宏併, 遠藤恭, 實井辰也, 曽田智史, 佐野智一, 佐野孝好, 坂和洋一, M.Koenig, T.Vinci, E.Brambrink, 兒玉了祐
  • 学会等名: 日本物理学会 平成22年度 秋季大会
  • 発表場所: 大阪府立大学(大阪府)
  • 年月日: 20100923-20100926
• [学会発表] Basics and Applications of Laser-Driven Shock Phenomena (2010)
  • 著者名/発表者名: Norimasa Ozaki
  • 学会等名: The Second International Conference on Laser Peening
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20100418-21
  • 招待講演
• [学会発表] レーザーショック圧縮下の非金属-金属転移とテラパスカル状態方程式実験 (2010)
  • 著者名/発表者名: 尾崎典雅・木村友亮・宮西宏併・佐野孝好・坂和洋一・兒玉了祐
  • 学会等名: 第51回高圧討論会
  • 発表場所: 仙台市戦災復興記念館(宮城県)
  • 年月日: 2010-10-20
• [学会発表] パワーレーザーによる高エネルギー密度物質・材料科学 (2010)
  • 著者名/発表者名: 尾崎典雅
  • 学会等名: 日本学術会議シンポジウム「先端フォトニクスの展望」
  • 発表場所: 日本学術会議場(東京都)
  • 年月日: 2010-04-09