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物質が超高速に変化する様子を直接捉えることが可能となれば、基礎物理や物質科学をはじめとする広範な分野の基礎研究に発展をもたらすことができる。高強度短パルス電子源はこれを可能にする放射線源の一つであり、よりパルス幅が短く、１パルスあたりの電子数のより多い、“高強度・短パルス電子源”の開発が精力的に行われている。本研究では、高強度短パルスレーザーと固体薄膜との相互作用により加速される電子パルスを用いて、１パルスあたりの電子数が1pCの、世界最高の超強度短パルス電子源を実証することを目指した。
我々はこれまでに、高強度フェムト秒レーザーと固体薄膜の相互作用による電子加速の際、強度の低いフェムト秒レーザーを薄膜裏面に前もって照射すると、レーザー加速電子パルスの強度が単一照射の場合に比べ10倍以上向上することを見出していた。この現象を制御することで、超強度短パルス電子を発生させることが本研究での狙いである。本現象のメカニズムが明確ではなかったため、前年度までに、時間分解干渉計の構築によるプラズマ密度分布の測定や電子エネルギースペクトル測定器及び電子放射角度分布測定器による電子パルス特性の測定、およびプラズマ密度分布の計算や電磁粒子コードを用いた電子パルス特性の数値計算を実施し、そのメカニズムの一端が明らかとなりつつあった。本年度はさらにプラズマの特性を反映した電磁粒子コードによる数値計算や、実験結果から提唱した新たなモデルによる理論計算を行い、高強度化メカニズムを明らかとした。本結果をもとに種々のレーザー照射条件や電子光学系の最適化等を行い、2pCを超える電子パルスが実証可能であることを示した。
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