相対論レーザープラズマにおけるエネルギー輸送と構造形成

相对论激光等离子体中的能量传输和结构形成

• 批准号: 18740351
• 负责人: 中村 龍史
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency (2007)Osaka University (2006)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18740351/
• 关键词: プラズマ物理学; レーザープラズマ相互作用; 相対論プラズマ; 超高強度レーザー; 構造形成; 粒子シミュレーション; レーザーイオン加速; 強磁場発生; 高エネルギー密度科学; 非平衡プラズマ

超高強度レーザーを固体に照射することで固体照射目にギガガウスにも及ぶ準静磁場が形成される。この表面磁場は電子が固体内部への侵入するのを妨げるように作用するため、この磁場及び静電場(プラズマシース場)により高エネルギー電子が固体表面に捕捉され電子の表面輸送が起こる。レーザー照射角度が70度程度まで大きな場合、表面場のポテンシャル内におけるレーザー電場の強制振動がおこり、レーザーから電子へエネルギーが移行する。この機構は自由電子レーザーの逆過程に相当し、非常に効率的に高エネルギー電子を発生されることが可能であると思われる。本研究では粒子シミュレーションにより、キャピフリー状のターゲットに強度が10^<20>W/cm^2、パルス長が100フェムト秒程度のレーザーパルスを照射することで、電子を300MeV程度まで加速することが可能であることを示した。(Phys. Plasmas14,053112)更に、電子の表面輸送のレーザーイオン加速への応用についてマックスボルン研究所(MBI)の実験グループと共同で研究を行った。MBIではレーザーのプレパルスレベルを制御することで、レーザーの薄膜照射により加速されるプロトンの加速過程の制御を目的としている。MBIの実験結果において、プレパルスを小さく抑えた場合に、プロトンの発生領域がターゲット裏面を移動していることを発見した。この結果、観測領域の違いにより、プロトンのエネルギー分解が可能であることが明らかとなった。この現象は我々の注目している表面磁場と伴った高エネルギー電子の表面輸送により、静電場がターゲット裏面を移動していると考えられる。このような理解は粒子シミュレーションにより確認され、プロトン発生源が裏面を光速の75%程度の速度で移動していること、また観測点をレーザー軸のターゲットへの正弦方向へ動かすことでプロトンエネルギーを分解できることを明らかにした。(PRE77,036407)加速されたプロトンのエネルギー分解が可能であることは、レーザーイオン加速において非常に重要な知見であると言える。

Ultra-high strength レ ー ザ ー を solid に irradiation す る こ と で solid illuminate eye に ギ ガ ガ ウ ス に も and が ぶ quasi static magnetic field formation さ れ る. こ の は electronic が solid internal surface magnetic field へ の intrusion す る の を hinder げ る よ う に role す る た め, こ の び electrostatic field and magnetic field (プ ラ ズ マ シ ー ス) に よ り high エ ネ ル ギ ー electronic が solid surface に capture さ conveying が up こ れ electronic の surface る. が レ ー ザ ー irradiation Angle 70 degrees degree ま で big き な occasions, the surface field の ポ テ ン シ ャ ル within に お け る レ ー ザ ー electric field の forced vibration が お こ り, レ ー ザ ー か ら electronic へ エ ネ ル ギ ー が transitional す る. こ の institutions は free electrons レ ー ザ ー に quite し の inverse process, very に に sharper rates high エ ネ ル ギ ー electronic を 発 raw さ れ る こ と が may で あ る と think わ れ る. This study で は particle シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り, キ ャ ピ フ リ ー shape の タ ー ゲ ッ ト に strength が 10 ^ < > 20 W/cm ^ 2, パ ル ス long が 100 フ ェ ム ト second degree の レ ー ザ ー パ ル ス を irradiation す る こ と で, degree of 300 mev electron を ま で accelerate す る こ と が may で あ る こ と を shown し た. More に (Phys. Plasmas14, 053112), electronic の surface transportation の レ ー ザ ー イ オ ン accelerate へ の 応 with に つ い て マ ッ ク ス ボ ル ン institute (MBI) の be 験 グ ル ー プ と common で を line っ た. MBI で は レ ー ザ ー の プ レ パ ル ス レ ベ ル を suppression す る こ と で, レ ー ザ ー の film exposure に よ り accelerate さ れ る プ ロ ト ン の acceleration process の suppression を purpose と し て い る. MBI の be 験 results に お い て, プ レ パ ル ス を small さ く え suppression た に, プ ロ ト ン の 発 raw field が タ ー ゲ ッ ト を inside mobile し て い る こ と を 発 see し た. こ の results and 観 field の violations い に よ り, プ ロ ト ン の エ ネ ル ギ ー decomposition が may で あ る こ と が Ming ら か と な っ た. こ の phenomenon は I 々 の attention し て い る と surface magnetic field with っ た high エ ネ ル ギ ー electronic の surface transportation に よ り, electrostatic field が タ ー ゲ ッ ト を inside mobile し て い る と exam え ら れ る. こ の よ う な understand は particle シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り confirm さ れ, プ ロ ト ン 発 の 75% students が を inside light degree movement で の speed し て い る こ と, ま た 観 point を レ ー ザ ー shaft の タ ー ゲ ッ ト へ の sine direction へ dynamic か す こ と で プ ロ ト ン エ ネ ル ギ ー を decomposition で き る こ と を Ming ら か に し た. (036407) PRE77, accelerate さ れ た プ ロ ト ン の エ ネ ル ギ ー decomposition が may で あ る こ と は, レ ー ザ ー イ オ ン accelerate に お い て very important な knowledge に で あ る と said え る.

项目成果

Lateral movement of a laser-accelerated proton source on the target's rear surface

• DOI: 10.1103/physreve.77.036407
• 发表时间: 2008-03-01
• 期刊: PHYSICAL REVIEW E
• 影响因子: 2.4
• 作者: Nakamura, Tatsufumi;Mima, Kunioki;Sandner, Wolfgang
• 通讯作者: Sandner, Wolfgang

Optimization of cone target geometry for fast ignition

• DOI: 10.1063/1.2789561
• 发表时间: 2007-10
• 期刊: Physics of Plasmas
• 影响因子: 2.2
• 作者: Tatsufumi Nakamura;H. Sakagami;T. Johzaki;H. Nagatomo;K. Mima;J. Koga

Electron surface acceleration on a solid capillary target inner wall irradiated with ultraintense laser pulses

• DOI: 10.1063/1.2731383
• 发表时间: 2007-05
• 期刊: Physics of Plasmas
• 影响因子: 2.2
• 作者: Tatsufumi Nakamura;K. Mima;H. Sakagami;T. Johzaki

Cone-geometry dependence on characteristics of high energy charged particles for fast ignition

锥体几何形状对快速点火高能带电粒子特性的依赖

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of the XXIX ECLIM
• 作者: T.Nakamura;H.Sakagami
• 通讯作者: H.Sakagami