Spectroscopic observation of planetary materials under shock compression using an X-ray free electron laser

使用 X 射线自由电子激光器对冲击压缩下的行星材料进行光谱观察

• 批准号: 22KF0243
• 负责人: 尾崎 典雅
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0243/
• 关键词: レーザーショック; X線自由電子レーザー; スピン相転移; 酸化鉄; X線発光分光; 下部マントル; 超高圧

レーザー衝撃圧縮下の構造変化や、融解などの状態変化を明らかにするため、標準となる純鉄や鉄酸化物に関するX線回折観察を行って基礎データを取得した。レーザー照射エネルギー密度とXFELプローブ遅延時間を変化させながら、圧力を変えて反応速度を調べた。圧力は衝撃融解圧力の前後の2パターンのデータセットを取得した。また圧力解放過程の観察も初めて行うことができた。フェムト秒プローブX線回折によって、超高圧下における構造と密度を直接調べた。独自の線結像速度干渉計（VISAR）観察を同時に行うことで、圧力も正確にモニターすることができた。CH-LiFのターゲットに対して、標準となる圧力プロファイルを取得することができた。並行して2チャンネルのX線分光診断の開発を順調に進めることができた。独自の実験プラットフォームにおけるターゲットチャンバーと、その内部のサンプル駆動機構やVISAR計測系などとの位置関係を把握し、可能な結晶分光器およびX線CCD検出器の構成や配置を決定することができた。SiO2球面結晶を用いた分光器ヘッドを製作し、既存の駆動ステージを組み合わせたマウントを製作し、分光器ヘッドと検出器のアライメント手法および手順をほぼ確立した。スタティックなサンプル条件で診断法に関わる技術項目に関して検証を行うとともに、XFELポンプのX線発光分光データを取得することに成功した。さらに、X線回折、速度干渉計計測、X線分光、を組み合わせた統合実験のための実験配置、ターゲット構造などを決定し、動的超高圧実験も実施することができた。流体シミュレーションを用いてターゲットを設計するとともに、仏共同研究機関での共同研究にを通じて、高品質な鉄酸化物薄板試料のターゲットを作成することにも成功した。レーザーショットによって高温高圧となった鉄酸化物からのX線発光分光データを初めて取得した。

为了阐明激光冲击压缩和状态变化（例如熔化）的结构变化，通过对标准纯铁和铁氧化铁的X射线衍射观察获得了基本数据。通过变化的压力来检查反应速率，同时改变激光照射能密度和XFEL探针延迟时间。撞击熔融压力之前和之后获得了两个数据集。也可以首次观察到压力缓解过程。飞秒探针X射线衍射直接在超高压力下直接研究了结构和密度。通过同时执行独特的线成像速度干涉仪（Visar）观察，也可以准确监测压力。获得了CH-LIF目标的标准压力轮廓。我们能够平行地平稳地形成两通道X射线光谱诊断。我们能够掌握自己的实验平台上的目标腔与内部的样品驱动机构和Visar测量系统之间的位置关系，并确定了可能的晶体光谱仪和X射线CCD检测器的配置和布置。制造了使用SIO2球形晶体的光谱仪头，制造了一个安装座，结合了现有的驾驶阶段，几乎建立了光谱仪头和探测器对准技术和程序。我们已经成功验证了与静态样本条件下诊断方法相关的技术项目，并从XFEL泵中获取了X射线发射光谱数据。此外，确定了结合X射线衍射，速度干涉仪测量和X射线光谱的集成实验的实验布置和目标结构，并可以进行动态超高压力实验。除了使用流体模拟设计目标外，我们还通过法国联合研究机构的联合研究机构成功地创建了用于高质量的氧化铁样品的目标。首次获得了从激光射击高温和高压的铁氧化铁的X射线发射光谱数据。

项目成果

ソルボンヌ大学/エコールポリテクニーク(フランス)

索邦大学/巴黎综合理工学院（法国）