ISSN 0914-9805

レーザー・クロス

2002,Feb.

167

No.

CONTENTS『光と蔭』
新入研究員紹介中島 信昭
近年、安定で高強度のレーザーパルスが実験室レベルで得られるようになった。その代表

原子，分子，クラスター，金属生成物等（Wcm2）

コメント

がチタンサファイヤフェムト秒レーザーである。このパルスにHe< 4.37 nm vuv（4×1015）

5fs パルス

より，誘起される種々の現象は

C6H12

7thω
（111mm）（1×1015）

有機化合物

分野を超え、基礎から応用まで

N2

N2q+15（3.5×10 ）クーロン爆発幅の広い展開がある。
「ナノテク

C6H6,C60

Mq+（1×1015）

親イオン

Cq+（1×1016）

クーロン爆発D2,5 nm Custerneutron（2×1016）

核融合

Cu wireKα X-ray（3.4×1017）

パルスX線

金属など

63Zn, 11C, 13N（2×1019）

核変換、1psノロジー」
は国の内外で国家規模での重点事業となっているが、高強度フェムト秒レーザーを用いた科学はその次を展望できると考えている。では、高強度フェムト秒レーザーを分子、材料に照射してどんな現象が見え 【表１】フェムト秒、高強度レーザーと原子、分子、クラスター、金属財団法人レーザー技術総合研究所ニュース

るのか、その一端を紹介する。次に化学応用の一つとして微量計測への展望を紹介する。

テラワットレーザー、30 fs、 30 mJ、 10 Hzレベルのレーザーが市販されるようになった。これを集光照射すると、電場の強さは水素原子のボーア半径における原子内電場、5.1×1011 Vｍ-1-2-2（35×1015 W cm（35ペタワットcm））をはるかに超す強度にまで高めることができる。
新現象が見い出されており、また、光により分子の動きを制御でき、分解の寸前の構造を議論できる。この分子の動きの制御、構造の理解は反応の制御につながる。
テラワットレーザーを集光照射すると何が起きるか、生成物に着目し、代表的と思われるトピックスを表1 にまとめた。対象は原子から、26原子分子、C60、クラスター、金属表面と、多岐に及んでいる。
希ガスに集光し、高次高調波を発生させる実験では、発生したVUV光の短波長側は水の窓の長波長端の4.37 nm 以下まで達している。最近、【図１】
分子構造は似ているが、a) 1,3-シクロヘキサジエンはレーザー波長(800 nm)とそのイオンの吸収は共鳴しない。このとき、親イオンが観測され、b) 1,4シクロヘキサジエンではレーザー波長とイオンの吸収が共鳴する結果、分子いる。分子は光の偏光方向へ配向し、光電場にはバラバラになる。レーザーは800nm 、120fs で 強度は約1×1014 Wcm-2よるイオン化が起きる。分子への照射では、適である。波長を選べば、親イオンを効率良く生成できることを示しており、有力な微量計測法に発展できる。

有機分子では変換効率が高いことが報告されて当な条件下では効率のよい、親イオンが生成する。照射強度を上げた実験では、クーロン爆発、X線への変ついては、共鳴多光子イオン化法が確立されている。毒性の換、核融合、核変換が起きる。変換されたパルスX線の利用で高いダイオキシンは塩素の置換数が４ないし６であるため、時間分解X線回折が極限的に短い小さい時間空間で可能とな発光強度は弱く、励起状態は短く、従来法（共鳴多光子）によ192る。核反応が観測されているが、>10 Wcm の領域では核変換るイオン化は簡単ではない。フェムト秒レーザーを用いたイが観測され、ポジトロントモグラフィー（PET）への応用が考えオン化法がダイオキシン類の計測に役立つ可能性がある。

られている。

このような方向のきっかけはDeWittらが1995年に行ったベンゼンなどのイオン化の実験である。ナノ・ピコ秒レーザーを集光照射すると、分子はバラバラになってしまうが、高強標題の方法は発光効率の低い分子の微量計測に役立つと期待

度フェムト秒レーザーで励起した場合、親イオンのみを生成される。これは表１で示した「親イオン」の生成の応用である。

できることを示した。その後、2-30分子が試され、そう単純環境ホルモンでは微量計測を行う必要がある。光子、イオンはないことが分かった（ここで、親イオンとは分解しないでイオ１個でも計測できる。効率の良い発光への変換、イオン化がでン化した分子イオンのことで、ベンゼンの場合はベンゼンイ

きれば、それが極限的に高感度の測定法となり得る。レーザーオンのことを指す）。しかし、最近、当グループはそれは単に励起はこの点優れた方法である。従来、発光効率の高い分子にカチオンとレーザー光が非共鳴という条件を見い出せば（そういうレーザー波長を選べば）親イオンを生成できることを示した（図1 ）。高強度フェムト秒レーザーを用いたイオン化法は微量計測で、従来法を補完する手段に発展できそうであり、特許に出願している（出願番号2000-340564、出願番号2001-311351）。
図１からも明らかなように、親イオンが見える場合は、容易に目的イオンを推定できる。塩素が５個置換したペンタクロロベンゼン、ペンタクロロフェノールについてもその親イオンが主な生成物になることを見い出している。これ
らの分子はダイオキシン類の起源分子とみなされており、ダイオキシン類を定量する場合のレファレンスに用いられる。

……68

【図２】
ペンタクロロフェノールはレーザー波長(800nm) その親イオンの吸収は共鳴しない（挿入図参照）。親イオンの信号が明確に観測された。数本に分裂して見えるのは塩素の同位体のためである。照射強度は約1×1014
Wcm-2である。

李大治
私は中国成都にある電子科技ザー実験室に勤め、FELや加速器の物性についての研究を行い大学に在学中は、高出力マイクました。そして新しいコントロール原理に基づいた自動フィーロ波発振器と自由電子レーザードフォアードコントロールシステムの開発に成功しました。こ（ F E L ）の 研 究 を 行 い 、 コ ンの新しいシステムは、ビームローディング効果によって引き起ピュータシミュレーションによこされる熱イオンRFガンや加速管内のRF場変動を補償するよるプラズマ装入時の後方波の解うに改良されています。

析を行っていました。そして現在、私は昨年11月からレーザー技術総合研究所の客員研

FELデバイスの設計に当たり、究員として来所し、核変換用γ線発生のためのコンプトンバッ多機能な３次元自己整合シミュレーションコードを開発しましクスキャッタリングについて研究しています。この核変換とた。博士論文ではSmith-Purcell自由電子メーザー（FEM）の実験は、放射性廃棄物を処分するに当たりγ線照射によって長半減的かつ論理的研究について発表しました。

期核種を短半減期核種に変換するもので、将来の実用化に向け大学卒業後、中国高エネルギー研究所の北京自由電子レーて取り組んでいます。

事業紹介の他、などを掲載しています。
トップページ
掲載記事の内容に関するお問い合わせは、編集者代表 藤田雅之
（TEL&FAX:(06)6879-8732,E-mail:mfujita＠ile.osaka-u.ac.jp）
までお願いいたします。
Laser Cross No.167 2002,Feb.
発行／財団法人レーザー技術総合研究所 編集者代表／藤田雅之 〒 550-0004 大阪市西区靱本町1-8-4 大阪科学技術センタービル 3F TEL(06)6443-6311 FAX(06)6443-6313
この機関誌は、競輪の補助金を受けて製作しました。