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下的结构变化和熔化等状态变化，通过对标准纯铁和氧化铁进行X射线衍射观察获得了基础数据。通过改变压力同时改变激光照射能量密度和XFEL探针延迟时间来研究反应速率。获得冲击熔化压力之前和之后的两个压力数据集。我们还首次观察到了压力释放过程。我们使用飞秒探针X射线衍射直接研究了超高压下的结构和密度。通过使用独特的线性成像速度干涉仪（VISAR）同时进行观察，可以精确监测压力。我们能够获得 CH-LiF 靶材的标准压力分布。同时，双通道X射线能谱诊断的研发工作也进展顺利。我们能够了解我们独特的实验平台中的靶室与其内部样品驱动机构、VISAR测量系统等之间的位置关系，并确定晶体光谱仪和X射线CCD探测器的可能配置和放置。我们使用 SiO2 球形晶体制造了光谱仪头，制造了将其与现有驱动台相结合的安装座，并且几乎建立了光谱仪头和探测器的对准方法和程序。除了在静态样品条件下验证与诊断方法相关的技术项目外，我们还成功获取了 XFEL 泵的 X 射线发射光谱数据。此外，我们还确定了X射线衍射、速度干涉仪测量和X射线光谱仪相结合的综合实验的实验布局和靶结构，并能够进行动态超高压实验。除了利用流体模拟设计靶材外，他们还通过在法国联合研究所的联合研究，成功制造出了高质量的氧化铁薄板样品靶材。我们首次通过激光照射获得了暴露于高温高压下的氧化铁的 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）

High pressure crystallization of shocked CaSiO3 glass

冲击 CaSiO3 玻璃的高压结晶

• 发表时间: 2022
• 作者: Alexis Amouretti; Keita NONAKA; Liu XUN; Kohei MIYANISHI; Keiichi SUEDA; Makina YABASHI; Toshinori YABUUSHI; Norimasa OZAKI
• 通讯作者: Norimasa OZAKI