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

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。

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。