無衝突衝撃波の生成と粒子加速の物理

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宇宙線の加速機構として非常に重要な役割を果たす無衝突衝撃波の物理を実験的に研究するため、大型レーザー生成高速プラズマ流を用いた実験を行ってきた。2012年度までの結果から、kJ程度の出力エネルギーを持っレーザーシステムを用いて静電的な無衝突衝撃波の生成が可能であることを示した。今年度は、その衝撃波の詳細なパラメータを計測するため、実験研究を続けてきた。また、より宇宙の環境に近い電磁不安定性(Weibel不安定性)による衝撃波の生成実験も平行して行ってきた。具体的には(1)衝撃波周辺の電子・イオン温度計測、(2)衝撃波周辺の電場計測、(3)磁場計測システムの構築、(4)電磁不安定性による衝撃波の生成の4点である。1、2に挙げたプラズマのパラメータ計測、電場計測については、すでに大阪大学激光XII号(GXII)レーザー、Lawrence Livermore National LaboratoryのJupiterレーザーシステムを用いた実験において、計測から無衝突衝撃波の生成を明らかにし、論文として発表した。また、3に挙げた磁場計測システムは、20013年度に行った実験(GXIIレーザー)において構築し、データ取得を試みた。有意なデータ取得までは達成できなかったが、今後はさらに改良を進める予定である。4に関しては、米国Omega/Omega-EPレーザーを用いた実験において電磁不安定性の成長を確認するところまで進め、今後はNational Ignition Facilityにおける実験において衝撃波の生成を検証する実験が開始される予定である。本年度はさらに衝撃波やレーザー生成プラズマ中における自己生成磁場の計測をめざし、ファラデー回転やZeeman効果の計測をGXII実験において計画している。