Study of mesoscale high energy density plasmas driven by petawatt laser light

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ペタワットレーザーは、物質をピコ秒という時間スケールで、太陽コア付近と同等な状態まで加熱できる可能性を持つ光である。ペタワットレーザーの加熱は、強い非線形性を持つ吸収過程と、急峻な圧力勾配を伴う高密度プラズマ中でのエネルギー輸送過程の両者が複雑に絡み合う現象であり、運動論的領域と流体的領 域の間のメゾスケール現象と捉えることができる。本研究は、パルス幅ピコ秒のkJ級レーザー(LFEX)とパルス幅フェムト秒の超高強度レーザー(J-Karen-P)の二つの異なる特性を持つペタワットレーザーを使ってメゾスケールの非平衡高エネルギー密度プラズマ物理学を開拓する。本年度はピコ秒レーザーLFEXの加熱計測に必要なモノクロX線計測カメラを導入し加熱実験を行った。また、J-Karen-Pレーザーの実験では加熱した固体ターゲットから輻射されるX線を計測するための計測装置を導入し実験を実施した。理論・シミュレーション研究では、強磁場下における円偏光波ホイッスラー波によるプラズマの超高速加熱過程の解明及び、LFEXのような大スポットを持つ相対論的高強度レーザーによる薄膜ターゲットの加熱過程を解明し論文として発表した。また、加熱中の電子分布構造の時間発展に関する理論を構築した。多次元プラズマ粒子シミュレーションのデータ解明を進めた。大スポットの相対論的レー ザープラズマ相互作用の研究は、米国リバモア国立研究所の理論・実験グループとの共同研究として行い、世界最大エネルギーを持つレーザーシステムを使った実験提案を行い、実験が採択されている。来年度は実験データの解析を進める予定である。今年度の成果は、宇宙における高温プラズマ形成の謎や高エネルギー粒子加速機構の解明、また、効率的レーザーイオン加速の実現に貢献するものである。