高強度レーザーとプラズマに関する研究

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本研究では、高強度のレーザーによる高エネルギー粒子の加速・生成を研究目的とし、1 個々の電子と高強度レーザーとの相互作用の物理を解明し、2 レーザーによって短パルスのある程度の密度を持った電子ビームバンチの生成につしいて研究する。短パルス電子ビームバンチの生成は、材料研究、医療診断、短パルスX線源、核融合研究などの需要が期待される。昨年度までには、上記1のレーザーと荷電粒子の相互作用の物理を調べるため、レーザー輸送コード及び荷電粒子追跡コードの二つのコンピュータシミュレーションプログラムを開発した。レーザーコードではTEM(0,0)ガウスモードのみならずと高次のモードをも計算でぎるようになった。荷電粒子追跡コードも開発し、相対論的な粒子の運動を4次制度で解けるようになった。今年度は、高強度のレーザーと個々の電子との相互作用の物理の解明を進め、以下の成果を得た。1 現在までに、1パルスのレーザー電磁界と1個の電子が、ワンキックではなく連続的に相互作用し加速する相互作用モードを見つけた。2 レーザパラメータとビームパラメータを調整することで、電子バンチを加速しつつ閉じ込めることにも成功した。これが可能になったのは、レーザのモードをGaussモードからTEM(1,0)+TEM(0,1)モードに変更すること、また収束し広がる短パルスのレーザーを用いたことに因る。この工夫により、TEM(1,0)+TEM(0,1)モードの強度ピークの谷間に電子の群れを閉じ込めるとともに、動重力で加速することに成功した。3 更に動重力で加速された電子バンチを、プラズマセパレータでレーザから分離し、減速することなく取り出すことにも成功した。この2年間に渡る本研究により、新たにレーザによる電子バンチの加速と収束がシンプルなシステムによって可能であることが示された。