Intrinsic dynamics of collisionless shocks and nonthermal particle acceleration

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宇宙空間に広く存在する高エネルギー粒子、宇宙線は、希薄なプラズマ中の衝撃波を介して加速・生成されると考えられており、様々な分野で異なった手法で研究されている。例えば、天文学では、遠方の天体を撮像することで衝撃波の構造を捉えるが、プラズマのミクロなスケールの情報が得られないという問題があった。この様な宇宙の現象を実験室で模擬するのが実験室宇宙物理であり、本研究では、台湾国立中央大学の多数ビーム高繰り返しの高強度レーザーであるNCU 100TWレーザーを用いて非相対論から相対論および量子力学的効果が本質的な領域まで対象を広げ、衝撃波のダイナミクスと粒子加速を研究する。2022年度も引き続きコロナの影響で台湾への渡航が制限されていたが、2023年に入りようやく隔離規制が緩和された。引き続き主要な計測器の基礎となる理論の確立、数値計算を用いたその証明、さらに国内の高強度レーザーを用いた計測器開発と実験を行なった。トムソン散乱を用いた衝撃波上流の二流体プラズマの計測のため、非平衡系のトムソン散乱理論を構築し、粒子シミュレーションによる検証を行ない、国際専門誌に結果を発表した。トムソン散乱と誘導コンプトン散乱（ICS）についても国内のレーザーを用いて実験を実施し、多方向からのイメージングと空間分解分光計測を行なった。今回初めてICSの原理実証につながる証拠が得られた。イオンを用いた衝撃波の電磁場計測ため、粒子コードを用いたシミュレーションと、国内のレーザーを用いたイオン加速実験、および非相対論パルスと相対論パルスを同時に用いた統合実験を行なった。イオン検出器を高効率化・高精度化するため、畳み込みニューラルネットワークを用いた解析手法を確率した。イオンラジオグラフによる電磁場の再構築については台湾側の共同研究者と連携して開発中である。