Ionization dynamics of cluster targets irradiated by X-ray free-electron-laser light

X線自由電子レーザーのクラスターターゲットへの照射によるイオン化ダイナミクス

中村 龍史; 福田 祐仁; 岸本 泰明*

Nakamura, Tatsufumi; Fukuda, Yuji; Kishimoto, Yasuaki*

X線自由電子レーザー(XFEL)とクラスターターゲットとの相互作用について3次元粒子シミュレーションを用いて解析を行った。内殻励起イオン化,オージェーイオン化,衝突イオン化及び電界イオン化に加えて、プラズマダイナミクスを考慮することでターゲットのイオン化ダイナミクスの詳細について考察した。XFEL強度がphotons/pulse/mmをこえると、電界イオン化によりターゲットが短時間にイオン化される。ターゲットのイオン化を定量的に評価することで、ターゲット損傷を抑えイメージングを可能にするためのXFEL強度を明らかにした。

Interactions of X-ray free electron laser (XFEL) light with a single cluster target are numerically investigated by using a three-dimensional Particle-in-Cell code. The plasma dynamics as well as relevant atomic processes are taken into account, such as photo-ionization, the Auger effect, collisional ionization/relaxation, and field ionization. It is found that as the XFEL intensity increases to as high as photons/pulse/mm, the field ionization, which is the dominant ionization process over the other atomic processes, leads to rapid target ionization. The target damage due to the irradiation by XFEL light is numerically evaluated, which gives an estimation of the XFEL intensity so as to suppress the target damage within a tolerable range for imaging.