高感度マルチパスレーザートムソン散乱法の開発と高速衝撃波に伴う先行輻射現象の解明

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近年の挑戦的な遠方外惑星探査計画において、地球再突入カプセルによるサンプル・リターンが担う役割は大きいが、その突入速度は前例のない15 km/s以上に達する。このような超高速突入では、先行輻射が、衝撃波の前方に予加熱された先行電子を生成し、カプセルの加熱を20 %程度も増加させる可能性（数値予測）がある。この予測を検証するためには、高速衝撃波管実験で先行電子を実測する必要があるが、その密度域に適合する高精度計測法が確立されていない。そこで本研究では、迷光除去機能を有する高感度レーザートムソン散乱（LTS）法を用いて、超高速衝撃波に伴う先行電子の温度・密度を計測し、先行輻射の物理モデルを確立することを目指している。また、超高速衝撃波を地上で再現する装置として、二段隔膜自由ピストン衝撃波管などがあるが、大型装置のため、利用機会が限られる。そこで、超高速衝撃波を簡易に再現できる方法として、パルスレーザーで駆動した爆轟波を提案し、その有用性を実証することも目的の一つである。本年度は、CO2パルスレーザーを用いて、大気圧下でレーザー爆轟波を駆動し、その進展の様子をシャドウグラフ法で可視化して、爆轟波面近傍の発光分光計測とレーザートムソン散乱計測を実施した。分光結果から電子の自由―束縛、自由－自由遷移に起因する強い連続スペクトルが幅広い波長範囲に渡って発生しており、爆轟波面近傍は数万度の高い温度となっていることがわかった。一方で、トムソン散乱光は検出することができず、この電子からの強い連続スペクトルにトムソン散乱光が埋もれている可能性があることがわかった。