Development of an apparatus for characterization of cluster-gas targets for laser-driven particle accelerations

レーザ駆動粒子加速におけるクラスターガスターゲットの特性評価装置の開発

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

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

Nd:YAGレーザーの2倍波である532nmのレーザーを用いて、超音速ジェット中に形成されるクラスターからの光散乱角度分布を測定することにより、クラスターのサイズを評価した。クラスターサイズ分布はミー散乱理論による散乱係数を用いて散乱角度分布をフィットすることにより求めた。標準粒子試料を用いることにより、サイズ測定の信頼性は実験誤差10%であることがわかった。CO/H及びCO/He混合ガスターゲットにおけるCOクラスターのサイズは、それぞれ0.26mと0.22mであった。CO/Hターゲット中における平均クラスターサイズの変化は実験誤差以内であった。また、レーザー強度の減衰測定により、クラスターの密度は5.5clusters/cmであることがわかった。さらに、ターゲットを通過した光の位相変化を干渉計で測定し、アーベル変換によりターゲットのガス密度プロファイルを取得した。ターゲットの動径方向に沿ったクラスターの割合はほぼ一定であり、ボルダレフモデルを支持する結果であった。

Clusters formed in supersonic gas expansion through a three-staged conical nozzle have been verified by measuring the angular distribution of the light scattered from cluster target. The size distirbutions of the clusters are calculated based on the Mie theory. The reliability of the size measurement is verified to be an experimental error of 10% using standard particles. The mean sizes of CO clusters for the cases of CO/H and CO/He mixed-gas targets are estimated to be 0.26 m and 0.22 m, respectively. For the CO/H, the cluster density is estimated to be 5.5 clusters/cm by measuring the attenuation of the laser beam intensity. Furthermore, total gas density profiles are obtained via the Abel inversion from the phase shift of the light passing through the target using an interferometer. The variation of the cluster mass fraction along the radial direction of the target is almost constant, which is consistent with a Boldarev's model.