超高強度レーザーとプラズマとの相互作用により形成される導波路診断

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Super-penetrationによる効率の良い高密度プラズマ加熱を目指した研究を行った。これまでの研究によって超高強度レーザーを臨界密度の1/4の電子密度を有する位置に集光すれば、そのレーザー光は高密度なプラズマ領域まで伝搬し、且つ加熱に有効な高速電子ビームを発生させることができるとされてきた。しかし、その物理機構に関しては充分に理解されていなかった。そこで本研究ではまず加熱に有効な高速電子ビームの発生機構に着目した。その結果、レーザー光が臨界密度程度のプラズマ中を伝搬する際に発生する強力な磁場がそのような高速電子ビームを発生させていることがわかった。次にそのような高密度プラズマ領域までレーザー光を伝搬させるために必要な条件に着目した。その結果、レーザー光先端位置において相対論的な速度にまで加速されたプラズマがレーザー光の伝搬を妨げる働きをすることが明らかとなった。この結果から超高強度レーザーを高密度なプラズマ領域まで伝搬させるためには、極端にレーザー強度を高くする、もしくはレーザーパルス幅を延ばすことが示唆された。そこでこれらを確認するために大規模コロナプラズマを模擬したプラズマに対して条件の異なる超高強度レーザーを照射し、その際の伝搬の様子や発生する高速電子ビームの特性を観測した。その結果、レーザー光先端位置においてその伝搬が相対論的な速度を有するプラズマによって妨害された場合、レーザーパルス幅を延ばすことによってレーザー光を臨界密度を超えるプラズマ領域まで到達させ、且つ加熱に有効な高速電子ビームが得られることがわかった。この結果は今後のSuper-penetrationによる加熱を推進する上で大変重要な結果となった。