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量子線源への応用を目指した高強度レーザー駆動高温輻射プラズマ形成過程の解明

阐明用于量子束源的高强度激光驱动高温辐射等离子体的形成过程

基本信息

批准号：
22KJ2130
负责人：
杉本馨
金额：
$ 0.64万
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

当該年度では当初予定していた通り、高強度レーザーで駆動される非平衡輻射プラズマの形成過程を明らかにするため、既存のＰａｒｔｉｃｌｅ－Ｉｎ－Ｃｅｌｌ（ＰＩＣ）コードＰＩＣＬＳの拡張を行った。具体的には、２つの高エネルギー光子同士が衝突することで電子陽電子対生成が引き起こされる線形Ｂｒｅｉｔ－Ｗｈｅｅｌｅｒ（ＢＷ）過程の数値アルゴリズムをコード内に組み込んだ。線形ＢＷ過程は多量の高エネルギー光子を伴う非平衡輻射プラズマの構造形成の理解には重要な現象であり、実験的な検証が続けられている。本研究は米国カリフォルニア大学サンディエゴ校のＡｒｅｆｉｅｖ准教授の研究グループとの共同研究として展開され、先方の先行研究の結果と照らし合わせながら、ＰＩＣコードを構築した。これによりガンマ線の消滅から陽電子の生成・加速までを自己無撞着にシミュレーションすることが可能となった。拡張したＰＩＣコードを用いて、線形ＢＷ過程の実験検証を念頭に置いた高強度レーザープラズマ相互作用のシミュレーションを行った。ターゲットとして臨界密度程度のカーボンプラズマを想定し、フェムト秒ペタワットレーザー光を照射した。レーザー光が伝搬する際に電子流が駆動されることでプラズマ中に磁場チャネルが自己生成される。この磁場に加速された電子がレーザー進行方向にガンマ線を輻射する。一方でレーザーフロントではレーザー光子圧によって電子とイオンの電荷分離が形成され、準静的縦電場が発生する。この電場によって、電子がレーザー進行方向とは逆向きに加速されその後レーザー光に反跳される。この時、レーザー進行方向とは逆向きに硬Ｘ線が放出される。上記のガンマ線と硬Ｘ線が衝突することで線形ＢＷ過程により陽電子が発生する。陽電子は準静的縦電場から定常的な加速を受けてＧｅＶのエネルギーにまで到達し、発散角が１０度程度の高い指向性を持つことが示された。

When the year is over, it is expected that the non-equilibrium radiation formation process will be completed, and the existing Particle-In-Cell (PIC) will be expanded. The specific number of electron positron pairs generated in the linear Breit-Wheeler (BW) process is determined by the number of electron pairs generated in the linear Breit-Wheeler (BW) process. Linear BW processes are important phenomena for understanding structural formation due to high photon emission and nonequilibrium radiation. This study is based on the joint research of the Arefiev Associate Professor of the University of Chicago and the results of the previous study. The production and acceleration of positrons in the field of nuclear energy The high intensity of PIC interaction is considered to be the most important factor in the development of linear BW processes. The critical density of the light is determined by the light. The electron flow is generated by the magnetic field. The magnetic field accelerates the electrons and radiates them in the same direction. A quasi-static electric field is generated by the charge separation of the photon voltage and the electron voltage. The electric field, electron and light are reflected in the opposite direction. The time, direction and direction of the hard X-ray emission are reversed. Note that hard X-rays collide with hard X-rays, and the linear BW process produces positrons. The positron has a quasi-static electric field, a steady acceleration, a divergence angle of 10 degrees, and a high directivity.