Collisionless shock generation and particle acceleration using power laser

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本研究の目的は、宇宙・天体プラズマと実験室プラズマの専門家の連携により、学際的学術分野であるパワーレーザーを用いた実験室宇宙物理学「レーザー宇宙物理学」 の手法によって、「いかにして無衝突衝撃波が生成され、それによってどのように粒子が加速されているか」という問いを解明するために必要な要素物理を明らかにすることである。この重要な「問い」がこれまで解明されなかった原因の1 つは、天体のリモート観測では分解能が不足しており、衝撃波や乱流磁場の物理量および加速粒子の時間・空間発展を詳細に計測することが困難だからである。本研究では、新規実験手法・計測器・計測手法と、ここ数年間に国内外で新たに開発され共用実験に提供された新しいパワーレーザー群を用いて、「無衝突衝撃波による宇宙線加速機構解明」に重要な役割を果たす「無衝突衝撃波生成」「乱流磁場生成・増幅」「粒子加速」の3つの素過程を明らかにする。そのため、[1] 無衝突磁化衝撃波: 宇宙に普遍的に存在する外部磁場中の磁化衝撃波、[2] 無衝突電磁(ワイベル)衝撃 波: γ線バーストなどの高エネルギー天体に存在すると考えられているワイベル不安定性によって生成された自己生成乱流磁場中の電磁衝撃波、 [3] 無衝突静電衝撃波: 磁場を伴わない静電的な衝撃波、の3つの小課題に細分化して実験を行った。[1]では、 磁化衝撃波の長時間計測において、衝撃波面の不安定化が観測された。[2]では、 焦点距離の短いプラズマ集光ミラーシステムを設計・作成し、レーザー実験に導入した。[3] では、 a_0 ~ 2程度のpsレーザー LFEXを用いて行った無衝突静電衝撃波生成実験のデータ解析を行い、臨界密度程度のプラズマ中ではプロトンのみが無衝突静電衝撃波によって加速されていることを明らかにした。