【研究分野】量子ビーム科学

【研究領域課題番号】16H05989 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

X線光学 / X線自由電子レーザー / マイクロ流路 / コヒーレント回折イメージング / X線ミラー / X線イメージング / X線 / 小角散乱

【研究成果の概要】

本研究では、溶液中ナノ試料を高分解能に観察することを目標に、X線自由電子レーザー(X-ray free-electron laser : XFEL)を利用したコヒーレント回折イメージング法と、マイクロ流体デバイスによる液中反応制御技術を組み合わせた新たな顕微法を開発することを目指した。本顕微法開発のために必要なXFEL用マイクロ流体デバイスを作製し、その高度化に取り組むとともに、兵庫県播磨のXFEL施設SACLAを利用した溶液中試料のイメージング実験を行った。フェムト秒XFELのシングルパルス計測により、ナノ粒子構造の10 nm弱分解能でのイメージングに成功した。

【研究の社会的意義】

従来の顕微イメージング技術によりナノサイズ試料を液中観察する際には、様々な困難が存在する。例えば一般的に、光学顕微鏡では可視光を利用しているために波長による分解能の制限があり、電子顕微鏡では乾燥や染色といった前処理の必要性や電子線による試料の損傷が伴う。X線自由電子レーザーとマイクロ流体デバイスを組み合わせるイメージングの可能性を開拓する本研究成果により、こうした従来手法による問題点を克服した新たな液中試料観察ツールを提供可能になり、化学や生物学や様々な領域においてこれまでにない新たな知見を得る端緒になる。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】25,480千円 (直接経費: 19,600千円、間接経費: 5,880千円)

【研究分野】量子ビーム科学

【研究領域課題番号】25246039 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

レーザー光蓄積 / 光空洞 / 自発的共鳴 / ガンマ線源 / 偏極粒子源 / 偏極陽電子源 / X線源 / 国際リニアコライダー / Compton / コンプトン / ガンマ線 / X線 / X線イメージング / ILC

【研究成果の概要】

レーザー増幅器とレーザー光蓄積空洞を光学的に一体とし、 共鳴状態を実現する波長を系が自発的に選択する全く新しい着想の「自発的共鳴型・レーザー発振蓄積空洞」を開発した。CW発振にて約19万倍という非常に高い増倍率をもつ光共鳴蓄積空洞の動作に成功し、自発的な共鳴・発振を確認 した。約 19 万倍という非常な高増倍率にもかかわらず、自発共鳴・発振のための一切のフィードバック制御は不要でり自発共鳴・発振というコンセプの正しさを実証できた。またモートドロックパルス化の研究も行い、まだ増倍率の低い状態ではあるが自発的な共鳴・発振の確認に成功した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2018-03-31

【配分額】43,420千円 (直接経費: 33,400千円、間接経費: 10,020千円)

【研究分野】原子力学

【研究領域課題番号】13480142 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

レーザー / X線 / 時間分解 / プラズマ / 時間分解X線ホログラフィ / レーザープラズマ / X線イメージング / 卓上テラワットレーザー / 時間分解X線回折

【研究成果の概要】

レーザープラズマX線(LPX)によるX線ホログラフィを目的に研究を始めたが、X線強度不足という問題に直面した。そこで、生体・医療などの分野での需要が大きいX線イメージングへの活用を目指し、時間分解能10psのレーザー固体アブレーション過程撮影を図って吸収像を取得した結果、金属サンプルでは〜10ショットで、生体サンプルでは〜100ショットで充分なコントラストを得られることがわかった。従って、シングルショット撮影には現状の10倍〜100倍のX線強度に増強する必要があることが判明した。そこで、X線発生量に大きく寄与しているプラズマ分布の分析を行ったところ、現状ではプラズマ広がりが大きく、これを小さくすることでX線強度10倍以上を実現できると結論づけられた。しかし、コントラスト比向上実験を行ったが、実際にX線発生への応用にまでは到らなかった。シミュレーションにより、レーザーのプリパルス(ASE)強度を10^<11>W/cm^2程度に抑えれば、X線量は10倍以上になるという結果を得た。また実験で発生X線の光子数を計測し最大値4.4×10^9[photons/shot/4πsr]を得た。プラズマの広がりを制御するために金属蒸着ターゲットを使用したところ、今のところ光子数に変化は見られないが、レーザーのパワーの増強にX線量の増大の傾向が見られる。レーザーのコントラストは約1桁向上している(ASE強度〜10^<12>W/cm^2)。また、半導体の相転移、ガスジェット中のメインパルスの相対論的自己収束、薄膜を利用したコントラストの向上策を継続中である。プリパルス制御(抑制)によりX線量が十数倍になり、また予定されているレーザー増設によりX線量の増大が見込まれる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】15,100千円 (直接経費: 15,100千円)