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匂坂 明人*; 永島 圭介; 山極 満; 的場 徹; 宅間 宏*
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.289 - 292, 1999/00
高出力の極短パルスレーザーを用いたX線レーザーの発振方式として光電界電離(OFI)方式がある。特に再結合型の場合、基底状態への遷移が可能なため、短波長化に有利である。このときの電子エネルギー分布は、非マクスウェル分布となっており、X線レーザーの反転分布に大きく寄与する。本研究では、OFIプラズマ中での電子エネルギー分布に注目し、分布関数の緩和過程と反転分布密度の関係を計算により評価した。水素様ヘリウムの場合において計算したところ、初期の電子分布は逆制動放射による等分化の影響を受けるが、非マクスウェル性は残っている。その後の電子-電子衝突による緩和過程をフォッカープランク方程式を用いて計算したところ、速い時間での緩和が確認された。このことからOFIによるX線レーザーの反転分布において、緩和過程が重要であると結論される。
山川 考一; 松岡 伸一*; 青山 誠*; 加瀬 貞二*; 赤羽 温; 宅間 宏*; C.P.J.Barty*
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.645 - 648, 1999/00
われわれは、高ピーク出力・極短パルスチタンサファイアレーザーの開発を進めてきた。システムはパルス幅10fsの光パルスを発生する全固体自己モード同期チタンサファイア発振器、本発振器からの光パルスのパルス幅を拡張するパルス拡張器、3台のチタンサファイア増幅器及びパルス圧縮器より構成されている。発振器からの光パルスは、シリンドリカルミラーを用いたパルス拡張器によって約170,000倍の1.7 にまで拡張される。パルス幅の拡張されたチャープパルスは再生増幅器により~10mJに増幅され、その後、再生増幅器からの出力光は4パス前置増幅器に注入される。本増幅器ではNd:YAGレーザーの励起入力700mJに対し、出力エネルギー340mJが得られる。その後、前置増幅器からの出力光は4パス主増幅器において増幅され、励起エネルギー6.4Jに対し、3.3Jの出力エネルギーが得られている。そしてこの増幅光は真空中に配置された回折格子対によりなるパルス圧縮器でパルス圧縮され、その結果、パルス幅18.7fs、出力エネルギー1.9J、ピーク出力102TWのレーザー光を10Hzの繰り返し数で発生することに成功した。
小瀧 秀行; 中島 一久*; 神門 正城*; 出羽 英紀*; 近藤 修司; 酒井 文雄*; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 中西 弘*; 吉井 康司*; et al.
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.565 - 567, 1999/00
極短パルスX線は、物理、化学、医学等さまざまな分野での応用が考えられており、世界中で研究が行われている。250mJのTi:SapphireレーザーとPhotocathode RF-Gunからの20MeVの電子ビームを使い、後方トムソン散乱による極短パルスX線発生の実験を行った。Photocathode RF-Gunからの電子ビームを、バンチ圧縮シケインを使ってバンチ圧縮し、それにより、lnC,500fsの電子ビームの発生に成功した。サブピコ秒の電子ビームとTi:Sapphireレーザーとを用いて、後方トムソン散乱によりサブピコ秒のX線を発生させた。レーザーと電子ビームの衝突のタイミングや、衝突点でのレーザーのポジションを変化させ電子ビームをレーザーでスキャンし、X線シグナルの測定を行い、後方トムソン散乱によるX線であることを確認した。
千原 順三*; 清川 修二*; 内海 隆行*
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.455 - 458, 1999/00
近年、高出力レーザーにより高圧高密度のプラズマが生成されその光学的研究が進められている。DaSilva達はHugoniot曲線に沿って密度を固体密度からその3倍位まで変化させたとき、アルミニュームプラズマのK-edgeの変化の仕方を測定している。このK-edgeの密度変化は、注目するイオンのまわりのイオン分布・電子分布に強く依存するため、これらを正確に計算する必要がある。われわれはQHNC方程式とSlaterのtransition stateの方法を組合せて、この変化を計算し、実験と一致した結果を得た。
内海 隆行*; 佐々木 明; 功刀 資彰*; 藤井 貞夫*; 赤松 幹夫*
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.451 - 454, 1999/00
プリパルス方式による効率的な電子衝突励起X線レーザの開発のためには、固体ターゲットへのレーザ照射により生成されるレーザプラズマの状態を精度よく予測することが重要な要件である。レーザ光が固体ターゲットに照射されると、溶融・蒸発の後に高エネルギーの集中した状態として高温・高密度プラズマが生成される。このレーザ生成プラズマの状態を解析する方法の1つとして、これらの複雑な現象を連続体、あるいは混相流としてとらえ、流体運動として定式化することができる。この現象を精度よくシミュレーションするためには、溶融に伴う不連続な物質境界や圧力分布を正確に捕捉する、あるいは圧縮性、非圧縮性の共存する系を解かなくてはならない。このため筆者らはCIP法(3次補間疑似粒子法)に基づく解析コードを開発した。本論文においては、このコードにSESAMEやQEOSの物質の状態方程式、TKNモデルやDrudeモデルによる熱伝導係数、吸収係数を組み込んだ固体溶融・蒸発シミュレーションの結果について報告する。
森林 健悟*; 佐々木 明; 上島 豊*; 田島 俊樹*
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.321 - 324, 1999/00
高輝度短パルスX線によって誘起される超高速原子過程について考察する。ここでは、内殻励起状態、中空原子を形成するためのX線源の特徴に関して議論する。特に、相対論的短パルスレーザーで引きおこされるラーモアX線にはX線源として適している以下の特徴がある。(1)高輝度短パルスX線源になりうること。超高速原子過程を用いれば高ゲイン値を得ることができる。これを起こすのに高輝度X線源が必要である。また、高輝度X線による原子構造の乱れを避けるために短パルス性が役に立つ。(2)ラーモアX線の光分布はレーザーの強度によって決まるピークを持つが、このピークのエネルギーを内殻電離のエネルギーのすぐ上に選ぶことによってラーモアX線をX線レーザーに効率よく変換できる。
森林 健悟*; 佐々木 明; 上島 豊*; 田島 俊樹*
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.317 - 320, 1999/00
高輝度短パルスX線によって誘起される超高速原子過程について考察する。標的原子によってX線レーザーの波長、持続時間だけでなく、必要なX線の強度が決まり、原子過程がこのX線レーザー法に非常に重要である。これを示すために炭素、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウムの標的原子を取り扱う。炭素原子のK
遷移と比較するとナトリウム、マグネシウム、アルミニウム原子の3s
2p遷移の方がさらに、これらの標的原子は蒸気の方が固体状態よりも必要なX線強度が小さくて済むことがわかった。また、X線源の輝度がある値よりも大きくなると、超高速で多重内殻電離が起こり、中空原子が多量に形成される。この中空原子がX線レーザー源として十分に機能することも示す。
佐々木 明; 内海 隆行*; 森林 健悟*; 加道 雅孝; 長谷川 登; 田島 俊樹*; 宅間 宏*
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.387 - 390, 1999/00
短パルスレーザー励起により、電子衝突励起X線レーザーの短波長・高効率動作を得る条件を検討した。ダブルパルスの短パルスレーザーを用い、第1パルスで固体ターゲットをプラズマ化し、第2パルスでこれを加熱、励起する手法について、一次元流体シミュレーションコードと原子過程コードを用いて検討したところ、薄膜ターゲットを用いるとターゲット内部への熱伝導などの損失が少なく、効率よくNi様イオンを生成できることがわかった。次にX線利得を定量的に計算するために詳細な原子構造、原子素過程を含む原子モデルを、HULLAC原子データコードを用いて開発した。これらのコードを用い、Mo,Ag,Xe等でレーザー発振を得るための実験条件について検討した。
Zhidkov, A.*; 佐々木 明
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.407 - 410, 1999/00
クーロン散乱をランジュバン方程式を用いて計算する手法と、非平衡状態にあるプラズマの電離度を平均イオンモデルで計算する手法とを組合せた、1次元ハイブリッド電磁粒子シミュレーション(PICコード)を開発した。オーバーデンスプラズマによる、任意の偏光方向の強度10
W/cm
以下のサブピコ秒レーザーパルスを対象として、プラズマの電離の効果を考慮して吸収過程の計算を行った。s偏向のレーザーパルスでターゲットを照射した場合の熱流と電離ダイナミクスの時間発展は、フォッカープランクシミュレーションの結果と一致した。p偏向のレーザー光を照射した場合についても、計算結果はプラズマのスケール長に対する吸収率の挙動をよく再現することがわかった。
上島 豊*; 荒川 拓也*; 岸本 泰明; 佐々木 明; 田島 俊樹*
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.325 - 328, 1999/00
今年の3月に原研が達成した100TW、20フェムト秒の短パルス相対論的高強度レーザーを低Z物質に照射すると、レーザーパルス長程度の短パルスX線が発生することが期待される。このX線放射の主要なメカニズムは、ラーマー放射と制動放射であり、それぞれkeV、MeVを越えるエネルギーの極短パルス高強度X線を発生する。われわれは、このX線放射の強度、放射角度分布、光子エネルギースペクトラムを明らかにするために、1G粒子を使った大規模2次元PICコードによりシミュレーションを行った。また、このシミュレーションによりターゲットの電子密度、レーザーの集光、イオン化、衝突過程がX線生成過程にどのような影響を及ぼすか、また、ほかの競合現象との関係について考察し、発生しうる短パルスX線の応用についていくつかの提案を試みる。
細貝 知直*; 近藤 修司; 神門 正城*; 中島 充夫*; 堀岡 一彦*; 中島 一久*
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.179 - 182, 1999/00
レーザの集光強度を保ったまま回折長よりも長く伝搬させることはX線レーザやレーザ加速にとって重要な問題である。この問題に対してわれわれは高速キャピラリー放電を用いたプラズマ導波路を提案する。キャピラリー中にガスを封入し安定なZピンチ放電によって軸対称にプラズマを収縮させる。この場合、高速で軸方向に運動するプラズマ層とそれによって駆動される衝撃波でコア内部に凹型電子密度分布を持ったチャンネルが形成される。プラズマチャンネル中の凹型電子密度分布形成過程を調べるために放電ダイナミクスとチャンネル中のレーザの伝搬を調べた。また実験結果をMHDシミュレーションを行い検討した。これらより、高速キャピラリー放電の収縮過程で径~100
m長さ1cm電子密度勾配1
10
cm
-110
cm以上の凹型電子密度分布を持つプラズマ導波路が形成されたことを確認した。
加道 雅孝; 永島 圭介; 匂坂 明人*; 長谷川 登; 田中 桃子; 加藤 義章
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.293 - 296, 1999/00
OFIを用いた再結合型X線レーザーの発振においては、プラズマの電子温度を低く抑えることとレーザーのプラズマ中の伝搬距離を長く取ることが重要である。レーザーをガス中に高強度で集光すると、OFIによりイオン化が起こる。イオン化は、レーザー強度の高いビームの光軸付近で強く起こり、電子密度が高くなる。その結果、屈折効果によりレーザーはプラズマ中を伝搬するに従って広がり、真空中に比べて伝搬距離が短くなる。屈折の効果を考慮して、OFIプラズマ中を伝搬する極短パルスレーザーの計算コードを作成し、水素とネオンの混合ガスを用いた場合のレーザーの伝搬長及び、X線レーザー利得の空間分布についての詳細な計算を行った。さらに、OFI再結合方式X線レーザーの実験条件の最適化を行い、利得長積を求めた。
河内 哲哉; 藤川 知栄美*; 安藤 剛三*; 原 民夫*; 青柳 克信*
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.211 - 214, 1999/00
最近の高強度レーザーの発達により高密度プラズマ中に多価イオンを生成することが容易になってきた。プラズマ中の多価イオンは軟X線レーザーなどの媒質として重要であり、その発光機構を十分に理解することは、軟X線レーザーの高効率化や、新しいスキームの発見に重要である。近年、筆者達は、再結合プラズマ軟X線レーザーにおいてイオンの励起状態生成に、イオンの二電子励起状態が重要な役割をすることを提唱し、その過程を取り入れたモデル計算により、Li様Alプラズマの実験で得られた軟X線レーザー線の利得係数を説明した。しかしながら、利得係数はイオンの励起状態占有密度の差に比例する量であり、直接励起状態占有密度を実験で測り、計算と比較することが望まれる。今回Li様Al再結合プラズマにおいて、励起状態占有密度を直接測定し、モデル計算との比較を行ったのでその報告をする。
増田 信幸*; 老川 稔*; 伊藤 智義*; 井原均
Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.703 - 706, 1999/00
溶液のX線散乱解析は生体高分子の分子構造解析に用いられる。この方法は結晶化しなくても良いことや生理状態に近い条件で構造解析ができる利点がある。しかし、分子構造のX線散乱強度パターンの数値計算が膨大になり、実質的に難しい。その数値計算は単純演算であり、専用計算機システムに非常に適した問題である。本研究では、溶液X線散乱法の専用計算機を開発するとともに開発したシステムが有効であることを定量的に示している。開発した専用計算機はPLD(Programable Logic Device)を用い、PCIバスインターフェイスでパソコンに接続されている。これは、関西研究所のParagon(125 Gflops)の約1/2、パソコン(Pentium133MHz)の200倍の性能を示し、安価で実用的なシステム構築が可能となった。