高速点火核融合における高密度プラズマ中でのMeV電子による加熱機構に関する研究

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今年度は、(1)2次元および3次元の粒子シミュレーションコードの構築・実装、(2)モンテカルロコードを用いた、高密度プラズマを抜けてきた高速電子のエネルギースペクトル及び高密度プラズマに対する高速電子のエネルギー付与を見積もる数値シミュレーション、そして、(3)電子磁気流体(G-EMHD)モデルによるエネルギー散逸構造の形成の理解及び粒子シミュレーションコードによる急峻な密度勾配を持つプラズマ中における10MeVの電子の振る舞いへの自発磁場の効果の検証を中心に研究を行った。(1)Institute for Plasma Research(インド)との共同研究を通じて、電子磁気流体(G-EMHD)モデルで考えられる現象を運動論的効果を含んで取り扱うためには実際のスケールに従った物理量を用いた電磁粒子シミュレーションを行う必要があり、運動の計算の更新にBuneman-Boris法を、電磁場の時間発展にはFDTD法を用いて2次元及び3次元の粒子シミュレーションコードを作成した。(2)粒子シミュレーションによりレーザー・プラズマ相互作用に伴い発生する高速電子のエネルギースペクトルを算出し、高密度プラズマコアを想定した高密度物質に対して高速電子を入射し、粒子輸送過程を電磁カスケードモンテカルロよって模擬した。この成果に関して、日本物理学会秋季大会において口頭発表を行い、同時に論文投稿を行った。(3)電子磁気流体モデルを用いた不均一プラズマ中における電子流のエネルギー散逸機構がそのプラズマの密度スケール長に依存することを示し、自発磁場と不均一プラズマの密度勾配が電子流の挙動にどのような効果をもたらすかを明らかにした。エネルギー散逸機構の理解は高密度プラズマコア近傍の加熱効率増大に向けて非常に有益であり、今後の高速点火核融合の発展に大きく貢献する。