電子輻射減衰とイオン相対論領域が共存する極限レーザー生成プラズマの学理と応用

电子辐射衰减与离子相对论区共存的极端激光产生等离子体原理及应用

• 批准号: 14J06405
• 负责人: 岩田 夏弥
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J06405/
• 关键词: 高強度レーザープラズマ相互作用; 高エネルギーイオン加速; 超高強度レーザープラズマ相互作用; クラスター媒質; 輻射減衰

本研究では、近年目覚ましく発展している超高強度レーザーを物質に照射することにより生成される相対論的プラズマに関し、高エネルギー輻射や高輝度量子ビーム生成の物質構造依存性に着目した理論シミュレーション研究を行っている。本年度は、以下の(i), (ii)の研究項目を行った。(i) 平成27年度に投稿中であった高強度レーザーとクラスター媒質との相互作用によって生成される高密度輻射プラズマに関する論文の査読結果を受けて追加解析を行い、論文を出版した。本論文は、クラスター媒質が高エネルギー輻射生成に優位な性質を示すことを初めて明らかにしたものである。本研究で扱った電子輻射減衰は、宇宙での磁気リコネクション等の研究分野においても着目されていることから、本結果は実験室宇宙物理学としての応用発展も期待できると言える。(ii) 平成27年度に大阪大学レーザーエネルギー学研究センターで行われた大型レーザー実験で、薄膜に数ピコ秒パルス高強度レーザーを照射することにより従来のスケーリング則を上回る高エネルギーイオン加速が得られた。これは、本研究で着目しているレーザー照射ターゲットの物質構造に起因する高強度電場生成に関連の深い現象である。そこで、これまでに開発したプラズマ粒子計算コードを用いて実験を模擬した大規模数値計算を実施した結果、実験でのイオン加速は従来モデルを超える電子加熱が原因となり引き起こされたこと、またこの電子加熱は薄膜構造に起因した電子周回運動によりもたらされることを発見した。本成果を実験研究者との共著論文としてまとめてプレスリリースし、ニュース報道及び新聞記事に取り上げられた。高輝度量子ビーム生成の一種である高変換率・高エネルギーレーザーイオン加速の物理機構の１つを明らかにした本成果は、小型粒子加速器開発や高速点火核融合など最先端の技術発展の基礎として貢献することが期待される。

This study is aimed at exploring the theoretical basis for the development of ultra-high-intensity radiation and the dependence of high-intensity quantum radiation on the structure of matter. This year, the following research projects (i) and (ii) were carried out. (i)The results of the investigation of papers submitted in 2007 were analyzed and published. In this paper, the optimal position of radiation generation in the medium is shown. This study focuses on the study of electron radiation attenuation and magnetic field in the universe. The results are in line with the expectations of the development of space physics. (ii)Osaka University's Research Program for the Development of High Intensity Radiation in 2007 In this paper, we focus on the deep phenomena related to the generation of high intensity electric field due to the structure of materials. The results of large-scale numerical calculations, the acceleration of electron heating, the formation of thin film structures, and the circular motion of electrons are all explained in detail. The author of this paper is a researcher and a journalist. A new kind of high brightness quantum accelerator with high conversion rate and high energy efficiency is proposed. This work is expected to contribute to the development of small particle accelerator and high speed ignition nuclear fusion.

项目成果

Laser-matter interaction in cluster medium in the radiation dominated regime

辐射主导区域中簇介质中的激光与物质相互作用

• DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012038
• 发表时间: 2016
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series
• 作者: N. Iwata;Y. Kishimoto;R. Matsui;and Y. Fukuda
• 通讯作者: and Y. Fukuda

Analysis of efficient ion acceleration with multi-picosecond LFEX laser

多皮秒 LFEX 激光器的高效离子加速分析

• 发表时间: 2016
• 作者: N. Iwata;A. Yogo;K. Mima;S. Tosaki;K. Koga;H. Nagatomo;Y. Kishimoto;H. Nishimura and H. Azechi
• 通讯作者: H. Nishimura and H. Azechi

超高強度レーザーとクラスター媒質との相互作用における輻射発生と輻射反作用の効果

超高强度激光与团簇介质相互作用中辐射产生和辐射反应的影响

• 发表时间: 2015
• 作者: 菅原一輝;井上千弘;N. Iwata;岩田夏弥，長友英夫，岸本泰明，福田祐仁，疇地宏
• 通讯作者: 岩田夏弥，長友英夫，岸本泰明，福田祐仁，疇地宏

Radiation reaction in interactions between ultrahigh intensity laser fields and cluster media

超高强度激光场与簇介质相互作用中的辐射反应

• 发表时间: 2016
• 作者: Natsumi Iwata;Hideo Nagatomo;Daiki Kawahito;Takayoshi Sano;Ryutaro Matsui;Yuji Fukuda and Yasuaki Kishimoto
• 通讯作者: Yuji Fukuda and Yasuaki Kishimoto

Interaction property between high power laser and cluster medium in the radiation dominant regime（輻射減衰領域における高強度レーザーとクラスター媒質との相互作用特性）

辐射主导区高功率激光与团簇介质的相互作用特性

• 发表时间: 2014
• 作者: Kazuki Sugawara;Atsushi Sato;Masayoshi Matayama;Chihiro Inoue;岩田夏弥，岸本泰明，福田祐仁，松井隆太郎，長友英夫，疇地宏
• 通讯作者: 岩田夏弥，岸本泰明，福田祐仁，松井隆太郎，長友英夫，疇地宏