平成２１年度　実績報告書

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教育研究プラットフォームIDER研究成果/ポストドクター・GCOE研究員固 体 材 料 を 変 化 さ せ た 時 に 発 生 す る 高 速 電 子 の 電 子 温 度 の 計 測 谷本 壮 大阪大学大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 田中 研究室 ア ブ ス ト ラ ク ト 本研究では,超高強度レーザーにより生成される高エネルギー密度状態を利用し,テラヘルツから X 線領域の高強度な電磁波や高エネルギー,高密度な荷電粒子などを制御するプラズマフォトニクスデバ イスに関する研究を行っている.このようなプラズマフォトニクスデバイスにおいて,高強度な電磁波を発 生させるためには,高エネルギー粒子である高速電子に関する研究は重要である.本研究では,この高 エネルギー粒子である高速電子に着目し,固体ターゲットの材質を変化させ,超高強度レーザーと固体 との相互作用によって発生する高速電子のエネルギース ペクトルの計測を行った. 超高強度レーザーにより生成される高エネルギー密度プラズマは,テラヘルツから X 線領域の高強度 な電磁波や高エネルギー密度荷電粒子など,新しい光量子ビーム源として注目されている.このような高 強度な電磁波や高エネルギー粒子の制御等を行うプラズマフォトニクスデバイスに関する研究は,国内 外で精力的に行われている.本 IDER においても,高エネルギー密度プラズマの制御等を行い,高強度 な電磁波の発生について研究が進められている.その中でも本研究では,高強度な電磁波を発生させる のに重要になる高エネル ギー粒子である高速電子に着目し研究を行っている. 本研究では,超高強度なレーザーを固体ターゲットに照射し,そのとき相互作用により発生する高速電 子のエネルギースペクトルの計測を行った.その際,固体ターゲットの材料としてイオンの数密度がほぼ 同様で電荷数の異なるターゲットとして,アルミニウムと金のターゲットを用いた.それぞれの材料から得ら れた高速電子のエネルギースペクトルから高速電子の傾き温度の評価を行った. 本実験では,大阪大学レーザーエネルギー学研究センターの Gekko Module II 号のレーザー装置を 用 いた.レーザー強度は, 10 18 〜 10 19 Wcm - 2 である. 下記に本研究で得られた高速電子のエネルギースペクトルを示す.縦軸及び横軸は単位エネルギー, 単位立体角あたりの高速電子の電子数及びエネルギーになる.アルミニウムと金の高速電子の電子温度 はそれぞれ, 3.0 [MeV] 及び 1.5 [MeV] になった.このように材料の違いにより高速電子の電子温度に差が 見られ,アルミニウムの方が電子温度は高くなる傾向が見られた.これは,プリパルス等により固体表面に 形成されるプリプラズマの大きさが小さいため,直接固体との相互作 用によって高速電子が発生したため だと考えられる. このように,ターゲットとして用いる材料を変化させることにより,発生する高速電子の電子温度を変化さ せることができた.以上より材料を変化させて高速電子のエネルギースペクトルを制御することにより,高 速電子の伝播によって発生する高強度な電磁波の制御が可能だと考えられる. 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12 0 10 20 30 40 50 ] ) r S V e M ( / [ ) a g e m O d E d ( / N 2 d Energy [MeV] 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12 0 10 20 30 40 50 ] ) r S V e M ( / [ ) a g e m O d E d ( / N 2 d Energy [MeV] (a) Al (b) Au 図 1 ( a )アルミニウム及び( b )金ターゲットの場合の電子スペクトル.縦軸及び横軸は単位立体角,単位エネルギー あたりの高速電子数及びエネルギーである.図中の実線は電子温度の導出に用いた Maxwell 分布の線になる. 100

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