Interaction of soft X-ray laser pulse radiation with aluminum surface; Nano-meter size surface modification

石野 雅彦; Faenov, A.*; 田中 桃子; 長谷川 登; 錦野 将元; 保 智己*; Pikuz, S.*; Inogamov, N. A.*; Zhakhovsky, V. V.*; Skobelev, I.*; et al.

AIP Conference Proceedings 1465, p.236 - 240, 2012/07

https://doi.org/10.1063/1.4737565

軟X線レーザーによるアブレーション過程の理解を目的として、アルミニウム表面に軟X線レーザーを集光照射した。照射痕を走査型電子顕微鏡で観察したところ、アブレーション構造とは異なる表面改質領域が形成されていることがわかった。この表面改質領域には、ナノメートルオーダーの直径を持つ円錐状構造が多数形成されている。また、円錐状構造が形成されている改質領域は、照射した軟X線レーザーの浸入長に一致する深さであるこことも確認した。軟X線レーザーによるアルミニウム表面に形成される改質構造は、新規のナノ構造形成プロセスとしても興味深い。このX線レーザーとアルミニウム表面との相互作用によって形成される改質領域については、理論計算により提唱されている破砕的モデルで説明することができる。

Surface modifications of metals induced by soft X-ray laser pulse irradiations

石野 雅彦; Faenov, A. Y.*; 田中 桃子; 長谷川 登; 錦野 将元; 保 智己*; Pikuz, T.; 大場 俊幸*; 海堀 岳史; 河内 哲哉

Journal of Laser Micro/Nanoengineering, 7(2), p.147 - 151, 2012/05

https://doi.org/10.2961/jlmn.2012.02.0004

軟X線レーザーによる金属表面加工への応用展開の可能性を探るために、波長13.9nm,パルス幅7psの軟X線レーザーパルスをアルミニウム,銅,金の各表面に集光照射した。照射後の試料表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、アルミニウム表面に銅や金の表面には見られない特異的な円錐状ナノ構造を持つ改質領域が形成されていることを見いだした。アルミニウム表面に形成される改質領域は、軟X線レーザーによる新規なナノ構造の創成として興味深い。このアルミニウム表面に形成される円錐状ナノ構造を利用することによって、立体構造の形成も可能になると考えられる。応用例としては、例えば触媒表面やX線回折素子等が考えられる。

Source development and novel applications of laser-driven plasma X-ray lasers in JAEA

河内 哲哉; 長谷川 登; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 岸本 牧; 越智 義浩; 田中 桃子; et al.

X-Ray Lasers 2010; Springer Proceedings in Physics, Vol.136, p.15 - 24, 2011/12

http://ci.nii.ac.jp/ncid/BB05543208

本講演では、原子力機構におけるレーザー駆動X線レーザーの光源開発及び利用研究に関する最新の成果を報告する。利用研究の対象は物質科学,レーザー加工,X線イメージング,生体細胞の放射線損傷等と多岐に渡っている。物質科学への応用に関しては、強誘電体の相転移直上での格子揺らぎの時間相関を初めて観測した。レーザー加工に関しては、短パルスレーザー照射時の試料表面電子融解現象をX線レーザー干渉計で観察した。軟X線回折イメージングに関しては、静止したサンプルの微細構造の観察結果とともに、将来的なポンププローブ観察への計画を紹介する。また、X線レーザーの集光性能を利用した細胞損傷効果の基礎実験では、DNAの2本鎖切断の観察結果とKeV領域のインコヒーレントX線照射の場合との比較を議論する。

Laser ablation of gold; Experiment and atomistic simulation

Starikov, S. V.*; Stegailov, V. V.*; Norman, G. E.*; Fortov, V. E.*; 石野 雅彦; 田中 桃子; 長谷川 登; 錦野 将元; 大場 俊幸*; 海堀 岳史; et al.

JETP Letters, 93(11), p.642 - 647, 2011/04

https://doi.org/10.1134/S0021364011110129

The interaction of radiation of a picosecond X-ray laser (wavelength = 13.9 nm) with targets made of a thick gold film has been studied theoretically and experimentally. It has been shown experimentally that the action of individual X-ray laser pulses with a fluence of 21 mJ/cm initiates the nanostructuring of the gold surface. Explicitly taking into account the electron subsystem, we have proposed an atomistic model of ablation that makes it possible to adequately described the experimental results. The atomistic simulation involves the ion-ion potential depending on the electron temperature . The use of such a potential makes it possible to take into account an increase in the pressure in the system with increasing and to reveal two laser ablation mechanisms.

Nanoscale surface modifications and formation of conical structures at aluminum surface induced by single shot exposure of soft X-ray laser pulse

石野 雅彦; Faenov, A. Ya.*; 田中 桃子; 長谷川 登; 錦野 将元; 保 智己*; Pikuz, T. A.*; Inogamov, N. A.*; Zhakhovskii, V. V.*; Skobelev, I. Yu.*; et al.

Journal of Applied Physics, 109(1), p.013504_1 - 013504_6, 2011/01

https://doi.org/10.1063/1.3525980

軟X線レーザーによるアブレーション過程の理解を目的として、アルミニウム表面に軟X線レーザーを照射した。照射痕を走査型電子顕微鏡で観察したところ、アブレーション構造とは異なる微細構造(改質領域)が形成されていることを確認した。この領域には70-150nmの直径を持つ円錐状の構造物が多数確認できる。また、円錐構造は平均深さ約40nmの改質領域中に形成されていることもわかった。しかし、軟X線レーザーを複数回照射した領域の円錐構造は、成長することなく破壊されていることがわかった。今回得られた結果は、軟X線レーザーによるアブレーション過程の理解だけでなく、軟X線レーザーの微細加工への応用にも重要な知見を与えると考えられる。

Demonstration of submicroJoule, spatially coherent soft-X-ray laser pumped by 0.1 Hertz, 10 Joule, picosecond laser

越智 義浩; 河内 哲哉; 長谷川 登; 錦野 将元; 大場 俊幸; 田中 桃子; 岸本 牧; 海堀 岳史; 永島 圭介; 杉山 僚

Japanese Journal of Applied Physics, 48(12), p.120212_1 - 120212_3, 2009/12

https://doi.org/10.1143/JJAP.48.120212

ジグザグスラブ型Nd:ガラス増幅器を主増幅部として用いたCPAレーザーを開発し、繰り返し頻度0.1Hzにて10J、ピコ秒のレーザーパルスを2ビーム同時に発生させることに成功した。このレーザーをドライバーとして用い、ダブルターゲット方式により空間的に完全コヒーレントかつ出力がサブマイクロジュール級の波長13.9nmの軟X線レーザーの高繰り返し発生を実現した。得られた軟X線レーザー中に含まれるコヒーレント光子数は10であり、シングルショットでのポンプ&プローブ計測による高速現象の観察等に応用できる。

Present status of operation and maintenance of JRR-3

市村 俊幸; 諏訪 昌幸; 福島 学; 大場 敏充; 根本 吉則; 寺門 義文

Proceedings of 12th International Group on Research Reactors (12th IGORR) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2009/10

The JRR-3 (Japan Research Reactor No. 3) was constructed as the first domestic reactor in 1962. The large-scale modification such as removal and re-installation of the core was carried out from 1985 to 1990. It reached integrated output of 59.9 GWd in July, 2009. JRR-3 has continued the stable operation with several maintenance. Three topics are picked up as major maintenances; modification of fuel elements from aluminide to silicide, replacement of a process control computer system, replacement of a helium compressor of the helium gas system which is part of the heavy water cooling system.

ニアフィールド構成材料のガスの移行特性に関する研究II(概要)

山本 幹彦*; 伊藤 隆雄*; 大場 敏行*

JNC TJ8400 2003-061, 25 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-061.pdf:2.05MB

凝灰岩に対してガス移行挙動解析に必要となる特性パラメータの評価に資することを目的としてガス移行試験を実施した。凝灰岩試料は、多孔質系媒体の特性を強く示し、連続媒体系に対する従来の2相流モデルが適用できる可能性が高く、固液間の物理化学的相互作用は比較的大きくことが明らかとなった。

フェムト秒レーザーアブレーションにおけるパルスの蓄積効果

山本 稔; 長谷川 登; 寺川 康太*; 梅田 善文*; 富田 卓朗*; 越智 義浩; 河内 哲哉; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 南 康夫*; et al.

no journal, , 

近年、フェムト秒レーザー照射により誘起されるアブレーションや表面構造変化において、ナノ秒パルスや連続波のレーザーでは見られなかった現象が数多く報告されている。特に、1パルス照射あたり数ナノメートルの加工が起こる低アブレーションレート領域の存在は、微細加工技術への応用として期待されている。しかしながら、この領域のアブレーションプロセスは、パルス照射ごとに一定のレートでアブレーションが起こるのか、あるいはある程度の照射パルスが蓄積されてアブレーションが起こるのか明らかにされていない。本研究では、低アブレーションレート領域の加工プロセスを明らかにするために、軟X線レーザーを用いた干渉計を構築し、フェムト秒レーザーパルスの蓄積効果のその場観察に応用した。その結果、ある程度照射パルスが蓄積されてからアブレーションが起こることが明らかになった。

軟X線レーザー干渉計によるフェムト秒レーザーパルス積算照射効果の観測

山本 稔; 長谷川 登; 寺川 康太*; 富田 卓朗*; 越智 義浩; 河内 哲哉; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 南 康夫*; 末元 徹

no journal, , 

フェムト秒レーザー加工において、1パルス照射あたり数ナノメートルの加工が起こる低アブレーションレート領域が存在し、微細加工技術への応用として期待されている。しかし、この領域のアブレーションプロセスは未解明である。本研究では、軟X線レーザーを用いた干渉計を構築し、フェムト秒レーザーパルス照射ごとに照射領域をその場観察した。加えて、その照射領域を原子間力顕微鏡により観察し、干渉計測との比較を行った。高フルエンスのレーザーパルスでは、線形に穴あき加工が起こるのに対し、低フルエンスのレーザーパルスを複数回照射した際は、照射領域において初期段階で膨張が発生し、照射パルス数を増やしていくとアブレーションが起こることが明らかになった。