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極紫外自由電子レーザーで誘起される新現象解明東北大学,京都大学,広島大学,独国ハイデルベルグ大学,産業技術総合研究所,理化学研究所 研究グループ

 東北大学,京都大学,広島大学,独国ハイデルベルグ大学,産業技術総合研究所,理化学研究所の研究グループは,短波長自由電子レーザー装置である,SCSS試験 加速器から供給される強力な極紫外光パルスをネオン原子の集団に照射すると,多くの電子が数珠つなぎで飛び出してくる新しい現象を発見したと発表した。
 強力な極紫外光パルスを物質に照射すると,これまでにない特異な状態を生成することが可能である。特に,物質のイオン化エネルギーよりもわずかに低い光子エネ ルギー(1つの光子あたりのエネルギー)を持つ極紫外光パルスを用いると,物質内の多くの電子を同時に励起することができる。このような多重励起状態は電子を放 出しながら安定な状態へと緩和すると予想されるが,詳細は知られていない。同グループは,真空中に平均原子数が5000個のネオン・クラスターを作成し,SCSSで 得られる極紫外光パルスを照射して,放出される電子のスペクトルを運動量画像計測法と呼ばれる手法で計測した。照射する光のエネルギーを,ネオン原子の2p軌道 にある電子が3 dリュードベリ軌道に遷移するエネルギー20.3eVに調整し,ネオン・クラスターの中に多数の3dリュードベリ原子励起状態を生成した。このようにして生成したクラスターの多重励起状態の緩和に伴う電子スペクトルを計測したところ,電子スペクトルに複数の特徴的なピークを観測した。ピークを帰属した結果,近接する2つの3d励起状態原子の一方で電子が3d軌道から2p軌道に遷移して原子基底状態に戻るのでなく,3d軌道よりもわずかに低いエネルギーの3p軌道や3 s 軌道に遷移し,その遷移に伴う余剰エネルギーを近接する励起原子に与えてその3d軌道の電子を放出してイオンを生成する,という緩和の機構が見出された。
 今回解明した低エネルギー電子を数珠つなぎで放出して多くのイオンを生成する新しい緩和過程は,放射線損傷や放射線治療にも重要な役割を果たしていると思われる。

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