ブックタイトル日本結晶学会誌Vol59No1

概要

日本結晶学会誌Vol59No1

福澤宏宣，上田潔原子線として真空中に導入して，SACLAで得られる1ミクロン径程度のサイズに集光したX線パルスを照射し，生成したイオンの価数分布を，飛行時間型イオン質量分析法を用いて観測した．2.1アルゴン図1に5.5 keVの集光X線パルスを照射して得られたアルゴン原子イオンの価数分布を理論計算と比較して示す．最大で＋10価のアルゴン原子イオンが観測された．アルゴン原子にK殻イオン化しきい値（3.2 keV）よりも高エネルギーのX線照射によってK殻イオン化が起こると，引き続き起こるオージェ過程により価数が増加する．例えば，K殻イオン化の後にKL 2,3L 2,3オージェ過程が起こって2個の2p正孔ができると，2p正孔を埋めるL 2,3MMオージェ過程が続いて2回起こり，Ar 4+が生図1アルゴン原子イオンの価数分布：実験（●）と理論計算（実線）の比較.（Experimental（dot）andtheoretical（line）charge state distribution of Ar.）集光X線パルスの光子エネルギーは5.5 keV．文献15）のsupplemental materialから修正して掲載．成される．しかし，1光子のX線吸収によってK殻正孔が1個できただけでは＋10価のアルゴン原子イオンを生成することはない．図2にAr 3+，Ar 4+，Ar 8+およびAr 9+の収量をX線パルスのピークフルエンスに対してプロットした．ここで，フルエンスとは単位面積当たりのエネルギーであり，集光X線パルスの空間的分布におけるピーク値がピークフルエンスである．1光子吸収によって生成するAr 3+とAr 4+の収量はピークフルエンスに対して一次の依存性を示すのに対して，Ar 8+とAr 9+の収量はピークフルエンスに対して二次の依存性を示す．このことはAr 8+とAr 9+が二次の非線形過程，つまりX線2光子吸収によって生成することを示している．Ar 3+とAr 4+の収量とAr 8+とAr 9+の収量の比から，1光子過程に対する2光子過程の割合を相対的に見積もることができる．このイオン収量比を理論計算の結果と比較することで，XFELパルスのピークフルエンス絶対値を50μJ/μm 2と決定した．2.2キセノン図3に5.5 keVの集光X線パルスを照射して得られたキセノン原子イオンの価数分布を理論計算と比較して示す．最大で＋26価の多価イオンが観測された．用いたX線パルスの光子エネルギーは5.5 keVである．一方，キセノン原子のL殻の吸収端は5 keV近傍である．キセノン原子に5.5 keVのX線パルスを照射すると，L殻イオン化が起こった後，オージェカスケードにより電子が次々と放出され，価数が上昇する．図4にXe 8+，Xe 14+，Xe 18+およびXe 24+の収量を，X線パルスのピークフルエンスに対してプロットした．それぞれのイオンは，異なるピークフルエンス依存性を示しており，それぞれ異なる数の光子吸収が関与することを示唆する．1光子吸収で生成するXe 8+に注目すると，低ピークフルエンス領域では一次の依存性を示しているが，高ピークフルエンス側では傾きが小さくなっており，イオン化が飽和してきていることがわかる．Xe 14+とXe 18+はイオン化の飽和が起こるよ図2アルゴン原子イオン収量のフルエンス依存性.（Peak fluence dependence of the ion yields for Aratomic ions.）ピークフルエンスに対して一次，二次の依存性をもつ線を目安として表示した．集光X線パルスの光子エネルギーは5.5 keV．文献15）のsupplemental materialから修正して掲載．図3キセノン原子イオンの価数分布：実験（●）と理論計算（実線）の比較.（Experimental（dot）andtheoretical（line）charge state distribution of Xe.）集光X線パルスの光子エネルギーは5.5 keV．文献15）から修正して掲載.30日本結晶学会誌第59巻第1号（2017）