輻射・対生成を導入したプラズマ運動論的シミュレーション研究

引入辐射和电子对产生的等离子体动力学模拟研究

• 批准号: 26800281
• 负责人: 森高 外征雄
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-26800281/
• 关键词: プラズマ物理; ガンマ線輻射; 超高強度レーザー; PICシミュレーション; 電子・陽電子対生成

本研究では、微視的なプラズマ現象を扱うシミュレーション手法であるParticle-in-cell (PIC) 法を拡張し、レーザー生成プラズマや高エネルギー天体現象で卓越してくるガンマ線輻射や電子・陽電子対生成の効果を取り入れた、新しいシミュレーション手法開発を目標としている。これまで、高速電子と原子核との衝突における輻射・対生成を取り入れたシミュレーション手法を開発・実行してきたが、本年度は新たに外部高強度場が直接寄与する過程（物質との相互作用を経由しない、真空中での輻射・対生成）に着目した。高強度場中の無数の光子が寄与するこれらの過程は、理論的には量子電磁気学の非摂動的な扱いが必要であり、実験的には最新の超高強度レーザーによって初めて検証可能になる。まず、プラズマとしての振る舞い(荷電粒子の多体効果)の影響が小さい比較的なシンプルな系として、電子ビームと超高強度パルスレーザーとの正面衝突を対象としたシミュレーションを行った。シミュレーションでは、輻射による電子エネルギーの減衰やガンマ線のエネルギースペクトル、対生成によるガンマ線の吸収を、主にモンテカルロ法によって計算している。減衰・吸収率やスペクトルの計算には、非摂動量子電磁気学の半古典近似解から得られた散乱断面積を用いている。本シミュレーションの結果は、現在EUで建設中の超高強度レーザー施設 Extreme Light Inftastructure - Nuclear Phycisc (ELI-NP)における基礎実験（古典輻射(シンクロトロン輻射)に対する量子補正効果の検証）の提案に用いられた。また、今回用いたシミュレーション手法を使って、これまでに開発した計算コードの素過程の部分(原子核との相互作用)を更新していくことで、超高強度場におけるプラズマ過程の計算に拡張することができると期待される。

In this study, the particle-in-cell (PIC) method was used to develop the Weishi app phenomenon, and the new PIC method was used to develop the high-energy celestial phenomenon. This year, the new process of direct interaction between high-intensity external fields and radiation generation in vacuum has been developed and implemented. The process of generating numerous photons in high-intensity fields is theoretically necessary for quantum electromagnetism and non-mechanical processes, and is currently possible for ultra-high intensity experiments. The influence of the vibration of the charged particles on the positive collision of the charged particles is very small. In this case, the radiation, electron emission, attenuation, line generation, absorption, and main emission method are calculated. A semi-classical approximate solution of attenuation, absorption and scattering in quantum electromagnetism is obtained. The results of this study are useful in the application of Extreme Light Infrastructure-Nuclear Phycisc (ELI-NP) in the construction of ultra-high intensity radiation in the European Union. This is the first time that a computer has been used to calculate the number of atomic processes (nuclear interactions).

项目成果

高強度レーザー-電子ビーム間相互作用におけるガンマ線輻射とその非線形量子効果に関する数値的評価

高强度激光-电子束相互作用中伽马射线辐射及其非线性量子效应的数值评估

• 发表时间: 2015
• 作者: Ikuko Wada; Jiangheng He;Akira Hasegawa;and Junichi Nakajima;森高外征雄，本間謙輔，Antony Ilderton，中宮義英，瀬戸慧大，Ovidiu Tesileanu
• 通讯作者: 森高外征雄，本間謙輔，Antony Ilderton，中宮義英，瀬戸慧大，Ovidiu Tesileanu

Induced vacuum breakdown and pair plasma production for fundamental and high-energy astrophysics science

用于基础和高能天体物理科学的诱导真空击穿和对等离子体产生

• 发表时间: 2014
• 作者: H. Takabe;T. Moritaka
• 通讯作者: T. Moritaka