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論文

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

 被引用回数:1 パーセンタイル:43.3

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。

論文

Nanomodification of gold surface by picosecond soft X-ray laser pulse

Norman, G.*; Starikov, S.*; Stegailov, V.*; Fortov, V.*; Skobelev, I.*; Pikuz, T.; Faenov, A.*; 保 智己*; 加藤 義章*; 石野 雅彦; et al.

Journal of Applied Physics, 112(1), p.013104_1 - 013104_8, 2012/07

 被引用回数:32 パーセンタイル:14.2(Physics, Applied)

It was shown experimentally the possibility of nanostructuring (about 20 nm) of gold surface by picosecond soft X-ray single pulse with low fluence of 20 mJ/cm$$^{2}$$. The nanometer-scale changes of the surface structure are due to the splash of molten gold under fluence gradient of the laser beam. In addition, the ablation process occurs at slightly higher fluence of 50 mJ/cm$$^{2}$$. The atomistic model of ablation is developed that reveals that the low threshold fluence of this process is due to the build-up of the high electron pressure and the comparatively low electron-ion energy relaxation rate in gold.

論文

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

 被引用回数:5 パーセンタイル:63.24(Nanoscience & Nanotechnology)

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。

論文

Development of silver tape target system for high repetition X-ray laser

錦野 将元; 越智 義浩; 長谷川 登; 河内 哲哉; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 永島 圭介

X-Ray Lasers 2010; Springer Proceedings in Physics, Vol.136, p.93 - 98, 2011/12

先進ビーム技術研究ユニットで開発した0.1Hz高繰り返しレーザーとテープターゲットシステムを用いて波長13.9nmの高繰り返し高コヒーレントX線レーザーの生成を行った。高繰り返しX線レーザー発生用に開発したテープターゲット装置は、テープターゲットの上下方向から張力をかけることによりレーザー照射面でのテープターゲットの平面一様性を向上させて、X線レーザーを発生させる。2台のテープターゲット装置を用いてダブルターゲット方式のX線レーザー発生実験を行った結果、銀コート固体ターゲットと比較して出力や指向性ビーム発散角が同程度であることを確認し、また、ビーム水平方向のポインティング安定性がテープターゲット装置を使うことにより向上したことを確認した。

論文

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

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。

論文

Development of the X-ray interferometer and the method of spatial and temporal synchronization of XRL and optical pulse

長谷川 登; 越智 義浩; 河内 哲哉; 寺川 康太*; 富田 卓朗*; 山本 稔; 錦野 将元; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 今園 孝志; et al.

X-Ray Lasers 2010; Springer Proceedings in Physics, Vol.136, p.353 - 358, 2011/12

レーザー照射によるプリアブレーション過程の解明は、非熱的加工及び微細加工等の応用に対して重要である。われわれが開発したプラズマ軟X線レーザーは物質表面の微細構造の観測に適した短い波長(13.9nm)とダイナミクスの観測に適した短いパルス幅(7ps)を有する。本研究では、ナノスケールのダイナミクスを観測するために、軟X線レーザーを用いた干渉計の開発を行うとともに、軟X線レーザーと他のレーザーとの空間及び時間同期に関する研究を行った。ダブルロイズ反射鏡を用いることにより、深さ方向1nmの分解能を持つ干渉計の開発に成功した。空間同期に関しては、軟X線に感度を有するシンチレーターを用いることにより、50micron以下の精度でのアライメントを実現した。また時間同期に関しては、薄膜ターゲットを利用したプラズマゲートによるX線レーザーと他のレーザーとの時間同期に関する基礎実験を行ったので、これを報告する。

論文

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

 被引用回数:22 パーセンタイル:20.85(Physics, Multidisciplinary)

The interaction of radiation of a picosecond X-ray laser (wavelength $$lambda$$ = 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 $$F$$ $${approx}$$ 21 mJ/cm$$^{2}$$ 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 $$T$$$$_{e}$$. The use of such a potential makes it possible to take into account an increase in the pressure in the system with increasing $$T$$$$_{e}$$ and to reveal two laser ablation mechanisms.

論文

フレネルゾーンプレート集光軟X線レーザーによるZnOシンチレーターの空間分解能測定

田中 桃子; 中里 智治*; 清水 俊彦*; 山ノ井 航平*; 酒井 浩平*; 猿倉 信彦*; 錦野 将元; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 越智 義浩; et al.

JAEA-Conf 2011-001, p.126 - 128, 2011/03

本研究では、水熱合成法で作成したZnO結晶を画像用EUVシンチレーターとして応用することを目指し、その空間分解能の評価を行った。軟X線レーザーをフレネルゾーンプレートで集光してZnO結晶に照射し、その発光パターンをシュバルツシルトミラーとカメラ用レンズを組合せた拡大光学系を構築しCCDで撮影した。集光径は最小で10ミクロン以下まで確認され、またZnOが直径3インチ程度まで単結晶の作成が実現していることから、ZnO単結晶がEUV領域での画像素子として有望であることを示している。

論文

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

 被引用回数:30 パーセンタイル:17.1(Physics, Applied)

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。

論文

Observations of the intense soft X-ray emissions from ultra thin Au films irradiated with high contrast laser pulses

石野 雅彦; 加道 雅孝; 錦野 将元; 篠原 邦夫*; 保 智己*; 安田 恵子*; 長谷川 登; 岸本 牧; 大場 俊幸; 河内 哲哉

Proceedings of SPIE, Vol.7589, p.75891B_1 - 75891B_8, 2010/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:18.86

酸素と炭素のK殻吸収端に挟まれた「水の窓」と呼ばれる軟X線を利用する軟X線顕微鏡は、水溶液中の生きた細胞を高い空間分解能で観察する技術であり、細胞構造や構造変化に伴う機能発現の解明に役立つ手段として期待されている。生きた細胞を100nm以下の空間分解能で観察するためには、試料上で10$$^{5}$$個/$$mu$$m$$^{2}$$を越える光量のX線が必要となることから、短パルスX線光源には非常に高強度のレーザープラズマX線源が求められる。そのため、レーザー光からX線への変換効率が高い光源の開発やX線光源を試料に近づけるなどの工夫が必要となる。高強度短パルスX線光源の開発を目的として、極薄膜ターゲットを用いたレーザープラズマX線源の特性評価を行った。ターゲットとして窒化シリコン膜上に数十nmから数百nmの膜厚を持つ金を成膜した薄膜ターゲットを用意し、Nd:glassレーザーを金の薄膜に集光照射することにより発生する軟X線を裏面から計測した。その結果、発光強度とスペクトル分布に膜厚依存性が確認できた。測定から、金薄膜により入射レーザーのエネルギーが消費され、レーザーが高い効率で軟X線に変換されていることを示唆する結果が得られた。

論文

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

 被引用回数:26 パーセンタイル:23.89(Physics, Applied)

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$$^{10}$$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。

論文

Demonstration of a highly coherent 13.9 nm X-ray laser from a silver tape target

錦野 将元; 越智 義浩; 長谷川 登; 河内 哲哉; 山谷 寛*; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 永島 圭介

Review of Scientific Instruments, 80(1), p.116102_1 - 116102_3, 2009/11

 被引用回数:11 パーセンタイル:43.89(Instruments & Instrumentation)

光量子科学研究ユニットで開発した0.1Hz高繰り返しレーザーとテープターゲットシステムを用いて波長13.9nmの高繰り返し高コヒーレントX線レーザーの生成を行った。イオン発生やインコヒーレントX線の発生等に利用されてきたテープターゲットであるが、これまでにX線レーザーを発生させることはできなかった。新しく開発したテープターゲット装置では、テープターゲットの上下方向から張力をかけてレーザー照射面でのテープターゲットの平面一様性を向上させることによりX線レーザーの発生に成功した。2台のテープターゲット装置を使うことによりダブルターゲット方式のX線レーザー発生実験を行い、通常使用される銀コート個体ターゲットと比較して出力や指向性(ビーム発散角)は同程度であること、また、ビーム水平方向のポインティング安定性はテープターゲット装置を使うことにより向上したことを確認した。

論文

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.

論文

New driver laser system for double target X-ray lasers at JAEA

越智 義浩; 長谷川 登; 河内 哲哉; 錦野 将元; 田中 桃子; 岸本 牧; 大場 俊幸

X-Ray Lasers 2008; Springer Proceedings in Physics Series, Vol.130, p.161 - 166, 2009/00

We have developed new driver laser system (TOPAZ: Twin OPtical Amplifiers using Zigzag slab) dedicated to generate highly coherent X-ray laser with the double target scheme at the Japan Atomic Energy Agency (JAEA). The laser system consists of Ti:Sapphire oscillator, pulse stretcher, OPCPA, prepulse generator, flash lamp pumped zigzag slab Nd:glass amplifiers, pulse compressor, and line focusing system. The TOPAZ system can be operated at the repetition rate of 0.1 Hz which is hundred times higher than the present system. The generated X-ray laser will be used in several application researches.

報告書

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。

報告書

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

三原 守弘; 山本 幹彦*; 伊藤 隆雄*; 大場 敏行*

JNC-TJ8400 2003-060, 81 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-060.pdf:5.1MB

ニアフィールド構成材料のガスの移行特性について調査を行なった。

口頭

Recent progress in X-ray laser research in JAEA

河内 哲哉; 岸本 牧; 加道 雅孝; 田中 桃子; 長谷川 登; 越智 義浩; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 國枝 雄一; et al.

no journal, , 

原子力機構では、波長13.9nmのニッケル様銀レーザーを用いて、物質科学,高密度プラズマ診断,X線によるアブレーション物理,シングルショットホログラフィー、そして原子分子物理等への応用研究の展開を図っている。また、0.1Hzで動作する高繰返しドライバーレーザーの導入により、多数のショットを必要とする応用研究への展開も可能となっており、その利用を目的としたX線干渉計用ビームラインを建設している。X線レーザーの短波長化に関しては、最近、レーザー加速により加速された電子と種光を衝突させることで短波長コヒーレント光が発生することの原理実証に成功した。また、インコヒーレントX線励起による水の窓領域のX線レーザーの発生方法についても理論シミュレーションによる研究を行っている。本招待講演ではこれらの最新の研究成果について報告する。

口頭

10 J, picosecond, 0.1-Hz Nd:glass laser system dedicated to X-ray lasers

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

no journal, , 

In the Kansai Photon Science Institute of Japan Atomic Energy Agency (JAEA), spatially full coherent X-ray laser beam at wavelength of 13.9 nm has been demonstrated by means of oscillator-amplifier scheme. We have already started application researched using the 13.9-nm laser, however the shot rate of the present system, 1 shot per 20 minutes, is not sufficient. The shot rate is limited by cooling time of the rod amplifier. We have developed new driver laser system (TOPAZ: Twin OPtical Amplifiers using Zigzag slab) for pumping the X-ray lasers at 0.1-Hz repetition rate at JAEA. The laser system consists of Ti:Sapphire oscillator ($$lambda$$ = 1053 nm), pulse stretcher, OPCPA, prepulse generator, flash lamp pumped zigzag slab Nd:glass amplifiers, pulse compressor, and line focusing system.

口頭

Single-shot focal spot image of EUV laser using a ZnO scintillator

中里 智治*; 清水 俊彦*; 山ノ井 航平*; 鷹取 慧*; Estacio, E.*; Cadatal, M.*; 猿倉 信彦*; 西村 博明*; 三間 圀興*; 田中 桃子; et al.

no journal, , 

酸化亜鉛シンチレーターの発光を観測することにより、EUVレーザーの集光イメージのシングルショット計測を行った。集光径は50$$mu$$m$$times$$88$$mu$$mと見積もられた。この値は、EUVレーザー集光ミラーの焦点距離が長いことを考えると妥当な値であり、この手法により、EUVレーザーのビーム診断が簡易に行えることが示された。さらに、酸化亜鉛の発光は波長380nm程度であり、イメージング用の光学素子は真空容器外で取り扱うことができる。EUV光源の高速、高効率で高分解能なビームプロファイリング手法として、次世代リソグラフィーなどの利用研究に有用である。

口頭

軟X線レーザー干渉計を用いたナノスケール擾乱の高時間分解観察

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

no journal, , 

プラズマ軟X線レーザー(波長13.9nm,パルス幅7ps)を光源とする固体表面観測用の干渉計の開発を行った。本装置により、光誘起相転移等に伴う初期擾乱の発生,伝播の様子を、シングルショット・ポンププローブにより、ピコ秒の時間分解能,ナノメートルの空間分解能(Z方向)での観測を目指す。講演では静的なサンプルを用いて行った装置性能評価試験の結果について報告する。

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