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

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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．