Zピンチ方式による卓上型軟X線レーザの開発

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本研究は、卓上型(高さ1200mm、長さ1500mm、幅1000mm)の高速パルス電源(最大出力電圧1MV、出力インピーダンス5Ω、パルス幅30ns)を設計・製作し、高速Zピンチ方式を用いたキャピラリー放電(管径〜数mm、管長〜10cm程度、最大放電電流〜200kA、立ち上がり時間〜10ns)により高温・高密度の安定なZピンチプラズマを生成し、電子衝突励起型の軟X線レーザ(波長〜20nm)を開発するとともに、さらに短波長の軟X線レーザを実現するための基礎資料を得ることを目的に行った。装置は大略、コンデンサバンク電源、昇圧トランス、中間コンデンサ、キャピラリー放電部より構成されている。高速Zピンチ装置の製作にあたり、スイッチインダクタンスや負荷インピーダンスが電流の立ち上がりおよび負荷入力に与える影響を計算機シミュレーションにより調べ、以下の設計値が得られた。負荷のキャピラリー部および出力スイッチのインダクタンスを50nH以下に低減することが難しいので、パルス電源の全静電容量を3nFに抑えて、電流の立ち上がりを速くする。このとき最大電流200kAを得るためには、中間コンデンサの最大充電電圧は1MVとする必要がある。純水を誘電体(比誘電率81)として用いるので、パルス幅30nsを得るためには中間コンデンサの長さは40cmになる。昇圧トランスには飽和磁束0.01Wbの鉄芯を用い、飽和を起こさないためには巻数比は2:30とした。また、コンデンサバンク電源には2.2μFのコンデンサを3台直列接続して用いた。模擬負荷を用いた回路試験では、変圧比12、放電パルス幅100nsが得られた。設計値の約1.5倍の放電周期になっているが、これは模擬負荷部のインダクタンスが大きいためであると考えられる。まだ、アルゴンを用いた放電実験には至っていないが、ほぼ予定どおりの電源が製作できたので、今後、放電実験を行う予定である。