高速点火方式レーザー核融合実験における燃焼履歴計測器の開発

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酸化亜鉛(ZnO)薄膜シンチレータの開発において、ZnOナノ粒子をテトラヒドロフランに分散させた溶液を基板上にスピンコートすることで、厚さ2 - 30μm程度の薄膜作製が可能になった。この数十μmの厚さは一般的なコーティング法にとっては厚く、また結晶を研磨して作るには薄すぎるため、この難しい厚みのシンチレータの作製に有効な手法を見出したことは重要である。薄膜シンチレータの発光量は15,000 photon/MeV程度であり、発光時定数100 psを達成した。ZnO結晶はFeやGaなどの元素をクエンチャーとして混合することで発光寿命の短縮が可能であるため、発光寿命の目標である30 psは容易に達成できると考えられる。また燃焼履歴計測器全体の設計と動作試験が完了した。シンチレータは有効径10 mmのZnO薄膜シンチレータを5枚積層したものを使用し、ターゲットから3㎝の距離に設置した。ターゲットから発生する高強度X線や中性子の受光素子への直接入射を防ぐ為に、受光素子をターゲットチャンバー外の鉛容器の中に設置し、シンチレータから検出器受光面までを石英ファイバーバンドルで接続した。ファイバーは全長2 m、コア径200μm以下のものを使用することでファイバー内での光の時間分散を10 ps程度に抑えることができ、またシンチレータから検出器受光面までオプティカルに接着できるため、端面反射による光ロスを低く抑えることが出来る。また光学素子の調整機構が必要なく、レンズを用いた光伝送系に比べてはるかに設計が容易で簡便な装置が完成した。実際の高速点火実験に於いても、高強度X線や電磁ノイズの影響を受けることなく計測器は正常動作しており、今後詳細な燃焼履歴計測の実施が期待される。