Pulsed beams of energetic x-rays and neutrons from intense laser interactions with solid foils are promising for applications where bright, small emission area sources, capable of multi-modal delivery are ideal. Possible end users of laser-driven multi-modal sources are those requiring advanced non-destructive inspection techniques in industry sectors of high value commerce such as aerospace, nuclear and advanced manufacturing. We report on experimental work that demonstrates multi-modal operation of high power laser-solid interactions for neutron and x-ray beam generation. Measurements and Monte Carlo radiation transport simulations show that neutron yield is increased by a factor ~2 when a 1 mm copper foil is placed behind a 2 mm lithium foil, compared to using a 2 cm block of lithium only. We explore x-ray generation with a 10 picosecond drive pulse in order to tailor the spectral content for radiography with medium density alloy metals. The impact of using >1 ps pulse duration on laser-accelerated electron beam generation and transport is discussed alongside the optimisation of subsequent bremsstrahlung emission in thin, high atomic number target foils. X-ray spectra are deconvolved from spectrometer measurements and simulation data generated using the GEANT4 Monte Carlo code. We also demonstrate the unique capability of laser-driven x-rays in being able to deliver single pulse high spatial resolution projection imaging of thick metallic objects. Active detector radiographic imaging of industrially relevant sample objects with a 10 ps drive pulse is presented for the first time, demonstrating that features of 200 μm size are resolved when projected at high magnification.
パルス状の高エネルギーX線および中性子ビームは、高輝度で小型の放射源がマルチモーダルな供給に適した応用において有望である。レーザー駆動マルチモーダル源の潜在的な利用者は、航空宇宙、原子力、先端製造などの高付加価値産業分野における高度な非破壊検査技術を必要とする者である。我々は、高出力レーザーと固体フォイルの相互作用による中性子およびX線ビーム生成のマルチモーダル動作を実証する実験的研究を報告する。測定とモンテカルロ放射輸送シミュレーションにより、2 cmのリチウムブロックのみを使用した場合と比較して、2 mmのリチウムフォイルの背後に1 mmの銅フォイルを配置することで、中性子収量が約2倍に増加することが示された。我々は、中密度合金金属のラジオグラフィー用にスペクトル特性を調整するため、10ピコ秒の駆動パルスを用いたX線生成を調査する。1 psを超えるパルス持続時間がレーザー加速電子ビームの生成と輸送に及ぼす影響について、薄い高原子番号ターゲットにおけるその後の制動放射の最適化と併せて考察する。X線スペクトルは、GEANT4モンテカルロコードを用いて生成されたシミュレーションデータと測定値からデコンボリューションされた。また、レーザー駆動X線が、厚い金属物体の高空間分解能投影イメージングを単一パルスで実現できる独自の能力も実証する。10ピコ秒の駆動パルスを用いた産業関連試料のアクティブ検出器ラジオグラフィーイメージングを初めて提示し、高倍率投影において200 μmの特徴が分解されることを実証する。