高強度レーザーを用いたクラスター分子のクーロン爆発ダイナミックスに関する研究

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クラスターを高強度短パルスレーザーの高強光子場で完全にあるいは高い価数の状態にイオン化し、そのクラスターイオン自身のクーロン反発力によりクラスターを爆発させ、高エネルギーイオンを発生することができる。イオンは比較的に等方的に発生し、最大エネルギーあたりにピークをもつエネルギー分布を有していると考えられ、周辺クラスターから発生したイオンとの衝突により、核反応を標的クラスター郡の中で起こすなどの応用も期待できる。概念的には、より大きなクラスターをより強度の高いレーザーにより電子を剥ぎ取れば、大きなエネルギーのイオンを発生することができるが、このイオン化と爆発過程の詳細はまだ明らかになっていない。本研究の目的はこれらを明らかにし、将来の応用への指針を示すことである。本年度は、下記の3項目について成果をあげた。(1)水素クラスタークーロン爆発により発生するプロトンエネルギーのイオン分布(Physical Review A,2004)水素イオンクラスターを高強度フェムト秒によりクーロン爆発させて発生するプロトンのエネルギー分布と最大エネルギーのクラスターサイズ、レーザー強度比例則を明らかにした。(2)アルゴンクラスターのクーロン爆発ダイナミックス(submitted to Physical Review A)アルゴンクラスターを高強度フェムト秒によりクーロン爆発させて発生するイオンの価数、エネルギー分布のレーザー偏光依存性を実験的に調べ、爆発ダイナミックスを考察した。(3)低密度フォーム中でのクーロン爆発(Physical Review A,2003)クラスターガス中でのクーロン爆発により発するイオン量の効率を改善する手法として低密度フォームターゲットの利用を提案し、その基礎実験を行った。