輻射効果を含んだ超高強度レーザーと物質との非局所相互作用理論と高強度場科学の開拓

超高强度激光之间的非局域相互作用理论（包括辐射效应和物质）与高强度场科学的发展

• 批准号: 12J07688
• 负责人: 岩田 夏弥
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J07688/
• 关键词: 高強度レーザー物質相互作用; 相対論的動重力; 高次非局所効果; 輻射減衰; 超高強度レーザープラズマ相互作用

近年、集光強度が10^<20>W/cm^2を上回る極短パルス高強度レーザーが実現され、これを用いた高エネルギー粒子加速をはじめとする様々な応用研究が進展している。本研究では平成24年度、位相空間ラグランジアンに基づく数理手法を当該分野に新しく導入し、高い非線形性・非局所性を有する高強度レーザー物質相互作用において重要な役割を果たすレーザー光の動重力の高次非局所効果を記述する方程式を導くことに成功した。また、集光強度10^<20>W/cm^2を超える輻射減衰領域でのレーザー物質相互作用がもたらす極限物質状態を再現する大規模数値実験の実現を目指し、粒子計算コードEPIC3Dの開発を行った。これらを基礎として本年度は、非局所動重力理論の重要性を明らかにする応用研究を行った。ここでは、相互作用の微細制御への有用性が期待される、ビーム軸近傍で平坦な強度分布を持つレーザーを考え、これに対し従来の局所理論と今回導いた非局所理論を比較すると、レーザー場と単一粒子の相互作用時間に1桁に及ぶ差異が現れることを見出した。さらに、本研究で開発を進めてきた計算コードEPIC3Dを用いてプラズマ及びクラスター媒質中での高強度レーザー伝播シミュレーションを行い、平坦な集光構造を持つレーザー場中では非局所動重力によるプラズマ粒子の掃出しとそれによる静電場生成の結果、レーザー場が変調を受け低エミッタンスの電子ビームが生成されることや、クラスタークーロン爆発や相対論的イオンの効果が相乗的に作用して高エネルギーイオン加速が実現することなどを明らかにした。これらの結果は学術雑誌Physical Review Lettersに掲載され、国際会議IFSA2013の口頭発表に採択された。以上の研究は、高強度場科学に新しい理論手法を提示し学術・応用研究の進展に貢献するとともに、大規模数値計算を通して計算機科学の進展に資するものである。

In recent years, the intensity of concentrated light has increased from 10 W<20>/cm2 to 10 W/cm2, and the use of high intensity particles has been improved. In this study, the fundamental mathematical method of phase space is successfully introduced into the equation of high intensity non-linear and non-local interaction of matter in the 24-year period. The <20>development of EPIC3D is based on the observation of the maximum mass state of matter in the field of radiation attenuation with an intensity of 10 W/cm2. This year, the importance of the theory of gravitational force in non-stationary motion is clearly demonstrated. The usefulness of micro-control of interactions is expected to be discussed in detail below. The intensity distribution near the axis is flat. The results show that there are differences in the interaction time between particles and the local theory. In this study, we have developed a new method for calculating the generation of electrostatic field in EPIC3D, which is composed of high intensity electromagnetic field in medium, flat light-collecting structure, and non-static gravity field. The first step is to increase the speed of the engine, and the second step is to accelerate the engine. The results were published in Academic Physical Review Letters and presented orally at IFSA2013. The above research will contribute to the progress of academic and practical research by providing new theoretical approaches in high-intensity field science, and will contribute to the progress of computer science by enabling large-scale digital computing.

项目成果

非正準Lie摂動輪で導いた高次非局所効果を含む相対論的勵重力の表式の特性と平均化法との相異

非正则李微扰环推导的高阶非局域效应相对论力表达式特征与平均法的差异

• 发表时间: 2012
• 作者: 岩田夏弥;岸本泰明;今寺賢志
• 通讯作者: 今寺賢志

Relativistic Ponderomotive Force Including Higher Order Nonlocal Effects in High Intensity Laser Fields

包括高强度激光场中高阶非局域效应的相对论有质动力

• 发表时间: 2013
• 期刊: Plasma and Fusion Research
• 影响因子: 0.8
• 作者: T. Iida;T. Sakamoto;Y. Taguchi;N. Hirayama;M. Ishikawa;T. Nemoto;Y. Kogo;K. Nishio;Y. Takanashi;Natsumi Iwata and Yasuaki Kishimoto
• 通讯作者: Natsumi Iwata and Yasuaki Kishimoto

On the nonlocal properties of relativistic ponderomotive force

• DOI: 10.1063/1.4817745
• 发表时间: 2013-08
• 期刊: Physics of Plasmas
• 影响因子: 2.2
• 作者: N. Iwata;Y. Kishimoto

Laser-matter interaction in cluster medium in the radiation dominated regime: Particle acceleration and radiation

辐射主导区域中簇介质中的激光与物质相互作用：粒子加速和辐射

• 作者: Natsumi Iwata;Feng Wu;Yasuaki Kishimoto;Yuji Fukuda
• 通讯作者: Yuji Fukuda

On the higher order nonlocal effect of relatiVistic ponderomotive force in high intensity lasers

高强度激光中相对质动力的高阶非局域效应

• 发表时间: 2013
• 作者: T. Iida;T. Sakamoto;K. Nishio;Y. Kogo;N. Hirayama;M. Ishikawa;Y. Takanashi;Kiyofumi Hamashima and Akio Kanai;Natsumi Iwata and Yasuaki Kishilnoto
• 通讯作者: Natsumi Iwata and Yasuaki Kishilnoto