レーザープラズマによる超高強度磁場形成とその応用に関するシミュレーション

• 研究課題/領域番号: 26400532
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 長友 英夫 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 准教授 (10283813)
• 研究分担者: 砂原 淳 公益財団法人レーザー技術総合研究所, 理論・シミュレーションチーム, 副主任研究員 (00370213) ; 城崎 知至 広島大学, 工学研究院, 准教授 (10397680)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: レーザープラズマ / 輻射流体力学 / 電磁流体力学 / 高エネルギー密度科学 / 高速点火 / レーザー核融合 / MHDシミュレーション / 強磁場発生 / 爆縮 / 輻射流体 / MHD / 強磁場

研究成果の概要

レーザープラズマにおいて、磁場の流体運動への影響を調べるための2次元抵抗性電磁輻射流体シミュレーションコードを開発した。このコードを用いた解析で、レーザープラズマのよる強磁場の発生、およびその磁場を爆縮等で圧縮させ、極めて高い磁場が形成されることをシミュレーションで検証した。磁場による電子熱伝導係数による非等方性を考慮していることから、外部磁場に起因する流体力学的不安定性の影響を受けること発見し、その回避方法として中実球爆縮を用いることによって安定な高強度磁場を形成できることを示した。形成された強い磁場によって、メガ電子ボルトと比較的高いエネルギーを持つ高い電子も制御できることが示された。

研究成果

• [国際共同研究] CELIA, University of Bordeaux(フランス)
• [雑誌論文] Validation of thermal conductivity in magnetized plasmas using particle-in-cell simulations (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Asahina, H. Nagatomo, A. Sunahara, T. Johzaki, M. Hata, K. Mima, Y. Sentoku
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 24 号: 4 ページ: 042117-042117
  • DOI: 10.1063/1.4981233
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Integrated simulation of magnetic-field-assist fast ignition laser fusion (2017)
  • 著者名/発表者名: T Johzaki, H Nagatomo, A Sunahara, Y Sentoku, H Sakagami, M Hata, T Taguchi, K Mima, Y Kai, D Ajimi, T Isoda, T Endo, A Yogo, Y Arikawa, S Fujioka, H Shiraga, H Azechi
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 59 号: 1 ページ: 014045-014045
  • DOI: 10.1088/0741-3335/59/1/014045
  • URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0741-3335/59/1/014045/meta
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Boosting laser-ion acceleration with multi-picosecond pulses (2017)
  • 著者名/発表者名: A Yogo, K Mima, N Iwata, S Tosaki, A Morace, Y Arikawa, S Fujioka, T Johzaki, Y Sentoku, H Nishimura, A Sagisaka, K Matsuo, N Kamitsukasa, S Kojima, H Nagatomo, M Nakai, H Shiraga, M Murakami, S Tokita, J Kawanaka, N Miyanaga, K Yamanoi, T Norimatsu, H Sakagami, SV Bulanov, K Kondo, H Azechi
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 7 号: 1 ページ: 42451-42451
  • DOI: 10.1038/srep42451
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An optimum design of implosion with external magnetic field for electron beam guiding in fast ignition (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Nagatomo, T Johzaki, T Asahina, K Matsuo, 他
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Series 巻: 717 ページ: 012041-012041
  • DOI: 10.1088/1742-6596/717/1/012041
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of radiation reaction in the interaction between cluster media and high intensity lasers in the radiation dominant regime (2016)
  • 著者名/発表者名: Natsumi Iwata, Hideo Nagatomo, Yuji Fukuda, Ryutaro Matsui, and Yasuaki Kishimoto
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 23 号: 6 ページ: 063115-063115
  • DOI: 10.1063/1.4954152
  • NAID: 120006578917
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electron beam guiding by external magnetic fields in imploded fuel plasma (2016)
  • 著者名/発表者名: T Johzaki, Y Sentoku, H Nagatomo, A Sunahara, H Sakagami, S Fujioka, H Shiraga, T Endo
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 717 ページ: 012025-012025
  • DOI: 10.1088/1742-6596/717/1/012025
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fast ignition realization experiment with high-contrast kilo-joule peta-watt LFEX laser and strong external magnetic field (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Fujioka, Yasunobu Arikawa, et al.,
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 23 号: 5 ページ: 056308-056308
  • DOI: 10.1063/1.4948278
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electron beam guiding by strong longitudinal magnetic fields (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki, K. Mima, S. Fujioka, H. Sakagami, A. Sunahara, H. Nagatomo, H. Shiraga
  • 雑誌名: Journal of Physics 巻: 688 ページ: 012041-012041
  • DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012041
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of fast electron energy deposition by external magnetic fields (2016)
  • 著者名/発表者名: J J Honrubia, M Murakami, K Mima, T Johzaki, A Sunahara, H Nagatomo, S Fujioka, H Shiraga, H Azechi
  • 雑誌名: Journal of Physics 巻: 688 ページ: 012033-012033
  • DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012033
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Direct heating of imploded plasma in the fast ignition (2016)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Sunahara, Tomoyuki Johzaki, Hideo Nagatomo, Kunioki Mima, Hiroyuki Shiraga, Hiroshi Azechi, Yohitaga Mori, Yoneyoshi Kitagawa
  • 雑誌名: Journal of Physics 巻: 688 ページ: 012114-012114
  • DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012114
• [雑誌論文] Computational study of magnetic field compression by laser-driven implosion (2015)
  • 著者名/発表者名: Nagatomo, H; Johzaki, T; Asahina, T; Sunahara, A; Sano, T; Sakagami, H; Mima, K; Fujioka, S; Shiraga, H; Azechi, H
  • 雑誌名: NUCLEAR FUSION 巻: 55 号: 9 ページ: 093028-093028
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/9/093028
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Asymmetric implosion of a cone-guided target irradiated by Gekko XII laser (2015)
  • 著者名/発表者名: Yanagawa, T; Sakagami, H; Sunahara, A; Nagatomo H.
  • 雑誌名: Laser and Particle Beams 巻: 33 号: 3 ページ: 367-378
  • DOI: 10.1017/s0263034615000427
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of Electron Beam Using Strong Magnetic Field for Efficient Core Heating in Fast ignition (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki, T. Taguchi, T. Sentoku, A. Sunahara, H. Nagatomo, H. Sakagami, K. Mima, S. Fujioka, H. Shiraga
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 号: 5 ページ: 053022-053022
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/5/053022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Magnetic Field Strength on a Magnetic Thrust Chamber System (2013)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Maeno, Tomoyuki Hinaga, Naoji Yamamoto, Atsushi Sunahara, Shinsuke Fujioka, Hideki Nakasima
  • 雑誌名: Journal of Propulsion and Power 巻: 30 号: 1 ページ: 54-61
  • DOI: 10.2514/1.b34911
  • 査読あり
• [学会発表] Simulation study of magnetic-field-assisted fast ignition for FIREX (2017)
  • 著者名/発表者名: Hideo NAGATOMO
  • 学会等名: 13th Direct-Drive & Fast Ignition Workshop
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
  • 年月日: 2017-03-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] レーザー核融合の爆縮シミュレーションにおける非局所電子熱伝導モデルの影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長友英夫, 朝比奈隆志, 砂原淳, 城﨑知至
  • 学会等名: 日本物理学会 第７２回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 外部磁場の影響下の非局所電子熱伝導を考慮したレーザープラズマの輻射流体シミュレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 長友英夫, 朝比奈隆志, 砂原淳, 城﨑知至
  • 学会等名: 第３０回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: タワーホール船堀 東京都江戸川区
  • 年月日: 2016-12-13
• [学会発表] 輻射-電磁流体コードへの非局所電子熱伝導モデルの導入 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長友英夫，朝比奈隆志，砂原淳，城﨑知至
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第３３回年会
  • 発表場所: 東北大学青葉山キャンパス
  • 年月日: 2016-12-01
• [学会発表] Effect of non-local electron conduction in compression of solid ball target for fast ignition (2016)
  • 著者名/発表者名: Hideo NAGATOMO, Takashi ASAHINA, Tomoyuki JOHZAKI, Philippe NICOLAI
  • 学会等名: 58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: San Jose, California, USA
  • 年月日: 2016-10-31
  • 国際学会
• [学会発表] Compression and Electron Beam Heating of Solid Target under the External Magnetic Field for Fast Ignition (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Nagatomo, T. Johzaki, K. Matsuo, T. Asahina. S.LeesM. Hata, Sunahara, S. Fujioka, K. Mima, H. Shiraga, H. Azechi, A. Sunahara, H. Sakagami
  • 学会等名: 26th Fusion Energy Conference, International Atomic Energy Agency
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] 中実球の高密度圧縮における高速電子の影響の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長友英夫, 朝比奈隆志, 砂原淳, 城﨑知至
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 高速点火のため外部磁場中の燃料球圧縮 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長友英夫, 城﨑知至, 朝比奈隆志, 砂原淳, 坂上仁志
  • 学会等名: 第１１回核融合エネルギー連合講演会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス椎木講堂
  • 年月日: 2016-07-14
• [学会発表] Integrated Simulation of Imploded Core Heating for the FIREX project (2016)
  • 著者名/発表者名: 城﨑知至
  • 学会等名: 43rd European Physical Society Conference on Plasma Physics
  • 発表場所: Leuven, Belgium
  • 年月日: 2016-07-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Solid Target Compression Under the Strong Magnetic Field for Fast Ignition, (2016)
  • 著者名/発表者名: Hideo Nagatomo, T. Johzaki, K. Matsuo, T. Asahina, S. Lee, A. Hata, S. Fujioka, K. Mima, A. Sunahara, H. Sakagami
  • 学会等名: 14th International workshop on fast ignition and high field physics with high power lasers, (CLES2016 in OPIC2016)
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Yokohama Japan
  • 年月日: 2016-05-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Integrated Simulation of Imploded Core Heating for the FIREX project (2016)
  • 著者名/発表者名: 城﨑知至
  • 学会等名: 14th International workshop on fast ignition and high field physics with high power lasers, (CLES2016 in OPIC2016)
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
  • 年月日: 2016-05-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Integrated Simulation for Magnetized Fast Ignition Laser Fusion (2016)
  • 著者名/発表者名: 城﨑知至
  • 学会等名: 10th West Lake International Symposium on Magnetic Fusion and 12th Asia Pacific Plasma Theory Conference
  • 発表場所: Hangzhou, China
  • 年月日: 2016-05-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Integrated simulation of fast ignition under the strong external magnetic field (2016)
  • 著者名/発表者名: Hideo Nagatomo
  • 学会等名: 12th Direct Drive and Fast Ignition Workshop
  • 発表場所: University of Bordeaux, Talence, France
  • 年月日: 2016-04-25
  • 国際学会
• [学会発表] 強磁場によるアブレーション圧分布の非一様性を考慮した中実球の高密度圧縮 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長友英夫、城﨑知至、松尾一輝、朝比奈隆志、畑昌育、李昇浩、藤岡慎介、砂原淳、坂上仁志
  • 学会等名: 日本物理学会 第７１回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] 外部磁場下におけるレーザーアブレーション駆動加速への磁気圧の影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長友英夫、松尾一輝、朝比奈隆志、藤岡慎介、A Morace、重森啓介、佐野孝好、三間圀興、城崎知至、砂原淳、坂上仁志
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第３２回年会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
  • 年月日: 2015-11-25
• [学会発表] Laser ablation and target acceleration under the strong magnetic field (2015)
  • 著者名/発表者名: Hideo NAGATOMO, Kazuki MATSUO, Takashi ASAHINA, Tomoyuki JOHZAKI, Philippe NICOLAI, Jerome BREIL, Atsushi SUNAHARA, Alessio MORACE, Keisuke SHIGEMORI, Takayoshi SANO, Zhe ZHANG, Shinsuke FUJIOKA, Hitoshi SAKAGAMI, Kunioki MIMA
  • 学会等名: 57th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: 米国ジョージア州サバンナ市
  • 年月日: 2015-11-16
  • 国際学会
• [学会発表] Radiative-MHD simulations with strong magnetic field (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Nagatomo
  • 学会等名: International Symposium on Status and Prospects of High Energy Density Science by Giant Lasers
  • 発表場所: 米国ローレンスリバモア国立研究所
  • 年月日: 2015-09-28
  • 国際学会
• [学会発表] An Optimum Design of Implosion with External Magnetic Field for Electron Beam Guiding in Fast Ignition (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Nagatomo, T. Johzaki, A. Sunahara, K. Matsuo, T. Asahina, A. Sunahara, T. Sano, K. Mima, H. Sakagami, P. Nicolai, J. Breil, J.-L. Feugeas, S. Fujioka, A. Morace, K. Shigemori, Z. Zhe
  • 学会等名: International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 発表場所: 米国ワシントン州ベルビュー市
  • 年月日: 2015-09-21
  • 国際学会
• [学会発表] 高速点火の爆縮による外部磁場制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長友英夫、朝比奈隆志、城﨑知至、砂原淳、坂上仁志、佐野孝好、Zhang The、Alessio Morace、藤岡慎介、三間圀興
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 東京都・早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-24
• [学会発表] 輻射流体コードのMHD化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長友英夫，朝比奈隆志，佐野孝好，砂原淳，城崎知至，坂上仁志
  • 学会等名: 第28回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 東京都・タワーホール船堀
  • 年月日: 2014-12-09
• [学会発表] Numerical simulation of Laser Plasma under the Strong Magnetic Field (2014)
  • 著者名/発表者名: Hideo NAGATOMO, Takashi ASAHINA, Tomoyuki JOHZAKI, Atsushi SUNAHARA, Zhe ZHANG, Shinsuke FUJIOKA, Takayoshi SANO, Kunioki MIMA
  • 学会等名: PLASMA Conference 2014
  • 発表場所: Toki Messe, Niigata, Japan
  • 年月日: 2014-11-20
• [学会発表] kT-class Magnetic Fields in Laser Fusion Research (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: Toki Messe, Niigata, Japan
  • 年月日: 2014-11-19
• [学会発表] Computational Study of Hydrodynamic Instability under the Strong Magnetic Field (2014)
  • 著者名/発表者名: Hideo Nagatomo, Takashi Asahina, Atsushi Sunahara, Tomoyuki Johzaki
  • 学会等名: 56th Annual Meeting of the American Physical Sciety, Division of Plasma Physics
  • 発表場所: New Orleans Marriott, New Orleands, LA, USA
  • 年月日: 2014-10-28
• [学会発表] Computational Study of Magnetic Field Compression by Laser Driven Implosion (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Nagatomo, T. Johzaki, A. Sunahara, K. Mima, H. Sakagami, A. Nishiguchi, T. Sano, S. Fujioka, H. Shiraga, H. Azechi
  • 学会等名: 25th Fusion Energy Conference, International Atomic Energy Agency (IAEA/FEC)
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
  • 年月日: 2014-10-17
• [学会発表] Hydrodynamics instability in strong magnetic field for fast ignition (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Nagatomo, T. Johzaki, A. Sunahara, K. Mima, H. Sakagami, A. Nishiguchi, T. Sano, The Zhang, S. Fujioka, H. Shiraga, H. Azechi
  • 学会等名: 13th International Workshop on the Fast Ignition of Fusion Targets
  • 発表場所: The Queen's College, Oxford, UK
  • 年月日: 2014-09-17