Diagnostics development of ionization states in intense-laser irradiated matter with high spatio-temporal resolutions

高时空分辨率强激光照射物质电离态的诊断进展

基本信息

批准号：
22K03571
负责人：
籔内俊毅
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Japan Synchrotron Radiation Research Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では，高強度レーザーの照射により加熱，電離された固体物質の電離度情報を，高い時間・空間分解能をもって診断するための新しい手法を開発する．非常に高い強度の短パルスレーザーが物質に照射されると，その物質は瞬時にプラズマ化される．この際の電離度情報は，レーザー照射に伴う様々な物理現象に影響する重要なパラメータの一つであるが，微細な空間構造を伴って高速に変化するため，現在までにその情報を十分な時間・空間分解能をもって診断する技術は確立されていない．本研究で開発する手法は，X線自由電子レーザー（XFEL）をプローブとして用いることで，その短パルス性能と高輝度な特性を活用し，このような診断を可能にするものである．2022年度には，XFEL施設SACLAのハイパワーレーザー利用実験基盤において，この手法の開発に向けた実験を実施した．その結果，提案している診断手法にとって重要となるX線発光分光器の信号取得能力の向上が実現された．高強度レーザーの照射により加熱された試料からは，電子やX線といった高エネルギー粒子が発生する．本診断手法においてはXFEL照射に伴って発生するX線が信号となるが，レーザー由来の高エネルギー粒子が検出器に到達するとそれらはノイズとなる．XFEL由来の信号を効率よく取得し，レーザー由来のノイズに対する信号量比を改善することは，本診断手法の実現に不可欠である．当該年度には，X線分光用の結晶に高効率な円錐曲面結晶を新たに導入し，その調整法を確立することで，信号取得能力を大幅に改善した．また，レーザー由来のノイズ（電子）低減のために電子偏向用の磁気回路を製作し，導入準備を進めた．

在这项研究中，我们将开发一种新方法，以高时间和空间分辨率诊断受高强度激光照射加热和电离的固体材料的电离度信息。当一种材料受到非常高强度的短脉冲激光照射时，该材料会立即变成等离子体。此时的电离度信息是影响与激光照射相关的各种物理现象的重要参数之一，但由于其随着微小的空间结构而快速变化，因此迄今为止还没有足够的关于电离度的信息技术。已建立用于具有时间或空间分辨率的诊断。本研究开发的方法通过使用X射线自由电子激光器（XFEL）作为探针，利用其短脉冲性能和高亮度特性，使这种诊断成为可能。 2022年，我们在XFEL设施SACLA的高功率激光利用实验平台上进行了实验来开发这种方法。因此，X射线发射光谱仪的信号采集能力得到了提高，这对于所提出的诊断方法很重要。通过高强度激光照射加热的样品会产生电子和 X 射线等高能粒子。在这种诊断方法中，XFEL照射产生的X射线作为信号，但当来自激光器的高能粒子到达探测器时，它们就变成噪声。有效采集 XFEL 衍生信号以及提高信号量与激光衍生噪声的比率对于实现这种诊断方法至关重要。在本财年，我们推出了一种新型高效圆锥曲面X射线光谱晶体，并通过建立调整方法，显着提高了信号采集能力。此外，为了减少激光产生的噪声（电子），我们制作了用于电子偏转的磁路，并为其引入做好了准备。