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Characterization of sub-micron sized clusters in a supersonic gas jet using Mie scattering

ミー散乱を用いた超音速ガスジェット中のサブミクロンクラスターの特性評価

神野 智史   ; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 近藤 公伯; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; Gasilov, V. A.*

Jinno, Satoshi; Fukuda, Yuji; Sakaki, Hironao; Yogo, Akifumi; Kondo, Kiminori; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; Gasilov, V. A.*

レーザー駆動イオン加速実験においてクラスターターゲットを用いることにより、高エネルギーイオンの発生を実現している。この実験において、大きいクラスターを用意するために、ボルダレフモデルに基づいて製作された三段コニカルノズルが使用された。しかしながら、加速メカニズムや加速条件の最適化のために、このノズルで生成されるターゲットの特性評価は十分に行われていない。このため、本研究ではミー散乱と干渉計を利用したターゲット診断装置を開発した。H$$_2$$とCO$$_2$$の混合ガスを三段コニカルノズルを通して、超音速ジェットによりCO$$_2$$クラスターを生成した。レーザー照射に対するクラスターからの散乱光の角度分布を測定することにより、CO$$_2$$クラスターのサイズ分布を試算した。密度プロファイルは干渉計を用いてレーザー光の位相変化から求めた。これらの結果をボルダレフモデルと比較した。

High-energy ion generation has been achieved by using cluster-gas targets in the laser driven ion acceleration. In this experiment, a three-step conical nozzle, designed based on the Boldarev's model, was used to prepare large sized clusters. However, a characterization of the targets formed by this nozzle was not sufficient to further investigate the ion acceleration mechanism and optimize the acceleration condition. For this reason, in present work, the target diagnosis apparatus applying Mie scattering and interferometry has been developed. CO$$_2$$ clusters are formed in the supersonic jet of the mixture gas of H$$_2$$ and CO$$_2$$ through the three-step conical nozzle. We have estimated the size distribution of CO$$_2$$ cluster by measuring the angular distribution of scattering light from the clusters for laser irradiation. The density profile was obtained from the phase shift of the laser light acquired by the interferometer. These results were compared with the Boldarev's model.

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