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東原子分子物理研究室 Atomic, Molecular Optical Physics Laboratory 主任研究員 東 俊行（工博） AZUMA, Toshiyuki (D. Eng.) キーセンテンス： 1. 静電型イオン蓄積リングによる原子分子衝突 2. 先端光源を用いた新しい原子分子光物理学の開拓 3. 高速多価重イオンのコヒーレント共鳴励起 キーワード： 原子分子物理，原子衝突，イオン蓄積リング，静電リング，イオントラップ，真空孤立 1 分子，クラス ター，液滴，合流衝突，低温反応，励起イオン，準安定イオン，放射性冷却，宇宙における化学進化， 生体分子イオン反応，レーザー分光，超短パルス高強度レーザー, 時間分解分光，コヒーレント制御, 多 価イオン，重イオン，高速イオン，チャネリング，コヒーレント共鳴励起，多電子励起状態，脱励起 X 線，単結晶 研究概要 当研究室では、宇宙における分子進化の理解から大型複雑分子のダイナミクスや原子と強光子場や結 晶との相互作用に至るまでの多岐にわたる物理現象を、原子?分子?光物理学における新たな手法や視 点から実験研究することを目的としている。そのために、特に分子イオンの励起や脱励起過程の観測や 低速原子分子反応過程の研究に適したコンパクトな静電型イオン蓄積リングを開発した。装置を液体ヘ リウム温度にまで冷却し、振動回転状態を制御した冷却分子イオンの低エネルギー原子分子反応過程の 研究を進めている。また、蓄積イオンの質量に制限が実質的にないという特徴も利用して、大型生体分 子イオンやクラスターイオンさらには液滴の励起状態のダイナミクスや関与する反応のエネルギー依 存性の知見を得ることが可能であると期待される。 これに加えて、新しい原子分子光物理学を開拓するために、レーザーを組み合わせた光と粒子ビーム の衝突実験や、結晶周期場による高速重イオンに対する原子操作の研究にも取り組んでいる。極端紫外 から X 線領域に至るまでのエネルギー領域における重イオンの分光や量子操作さらに極短時間領域の ダイナミクスの探求をめざしている。 1. 極低温静電型イオン蓄積リングによる原子分子衝突（中野, 久間, 東） 1.1 極低温静電型イオン蓄積リングの開発 図 1 RICE およびテーブル定盤上の電極群の写真 研究年報 極低温静電型イオン蓄積リング(RIken Cryogenic Electrostatic Ring: RICE)の開発を引き続き行った。 本装置は基礎科学研究課題「極限粒子ビームをもちいたエマージング科学領域の開拓研究」において、 極低温分子ビームの生成を担う中核的装置であり、静電場を用いて極低温のリング内にイオンビームを 周回蓄積し、蓄積分子イオンの振動回転準位を分光制御した上で、さらにイオン?中性衝突反応を探索 することを狙いとしている。また、装置全体を冷却することで真空度も飛躍的に向上するため、従来の 室温型リングに比べ、長時間のイオン蓄積が可能となる。 RICE は極低温と超高真空度を同時に達成しており、内部真空槽(inner vacuum chamber (IVC) ) の温 度は、4.7K に到達し、IVC 内部の真空度は、IVC に接続されている差動排気真空槽で測定された真空度 から、10-12 Pa 台であると評価された。平成 26 年 7 月、遂に数 10nA の強度のイオン蓄積に成功し、以 降コミッショニングを経て、実際の実験に利用が開始された。 長時間の寿命測定 環境温度 4K の極高真空下では、残留粒子との衝突により生成される中性粒子数がきわめて少ない。 そのため、一定時間蓄積後にリングからビームを引き出し、強度測定を繰り返すことで、蓄積イオン数 の時間変化を観測した。入射後 30 分に渡ってイオン数の減衰を観測し、10 分程度の時定数を得た。が、 減衰曲線の振る舞いから、蓄積寿命は残留粒子との衝突ではなく、intra-beam Coulomb scattering 等の 効果によるものであることが示唆される。 ビームのバンチ化 リング内でビームのバンチ構造を保つことにより、ショットキー検出器によるビーム強度の非破壊観測 が可能になる。バンチング用キャビティに正弦波電圧をかけることで、蓄積ビームのバンチ化を行った。 ピックアップ検出器に5 次の楕円フィルターを実装することによってビームのバンチ構造を検出するこ とに成功し、周波数スペクトルの時間変化から蓄積ビー