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

• Project/Area Number: 14J06405
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plasma science
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 岩田 夏弥 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 高強度レーザープラズマ相互作用 / 高エネルギーイオン加速 / 超高強度レーザープラズマ相互作用 / クラスター媒質 / 輻射減衰

Outline of Annual Research Achievements

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。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Boosting laser-ion acceleration with multi-picosecond pulses (2017)
  • Author(s): 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
  • Journal Title: Scientific Report Volume: 7 Issue: 1 Pages: 42451-42451
  • DOI: 10.1038/srep42451
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of radiation reaction in the interaction between cluster media and high intensity lasers in the radiation dominant regime (2016)
  • Author(s): Natsumi Iwata, Hideo Nagatomo, Yuji Fukuda, Ryutaro Matsui, and Yasuaki Kishimoto
  • Journal Title: Physics of Plasmas Volume: 23 Issue: 6 Pages: 063115-063115
  • DOI: 10.1063/1.4954152
  • NAID: 120006578917
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Laser-matter interaction in cluster medium in the radiation dominated regime (2016)
  • Author(s): N. Iwata, Y. Kishimoto, R. Matsui, and Y. Fukuda
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 688 Pages: 0120381-5
  • DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012038
  • NAID: 120006700413
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 輻射減衰領域におけるレーザーとクラスター媒質との相互作用に関するシミュレーション研究 (Numerical study of the interaction between laser and cluster medium in the radiation dominant regime) (2015)
  • Author(s): 岩田夏弥，岸本泰明，福田祐仁，松井隆太郎，長友英夫，疇地宏
  • Journal Title: Proceedings of the 15th Symposium on Advanced Photon Research Volume: 印刷中
  • Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 超高強度レーザーとクラスターとの相互作用における高エネルギー輻射発生と輻射減衰 (2016)
  • Author(s): 岩田夏弥，長友英夫，川人大希，佐野孝好，松井隆太郎，福田祐仁，岸本泰明
  • Organizer: レーザー励起X線源とその応用研究会
  • Place of Presentation: 山形県天童市
  • Year and Date: 2016-12-15
• [Presentation] Efficient ion acceleration in the interaction of thin foil plasmas with a multi-ps high intensity laser (2016)
  • Author(s): N. Iwata, A. Yogo, K. Mima, S. Tosaki, K. Koga, H. Nagatomo, Y. Kishimoto, H. Nishimura and H. Azechi
  • Organizer: US-Japan Workshop on laser-plasma interactions and high energy-density physics
  • Place of Presentation: アメリカ合衆国カリフォルニア州サンノゼ市
  • Year and Date: 2016-11-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of efficient ion acceleration with multi-picosecond LFEX laser (2016)
  • Author(s): N. Iwata, A. Yogo, K. Mima, S. Tosaki, K. Koga, H. Nagatomo, Y. Kishimoto, H. Nishimura and H. Azechi
  • Organizer: 58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics (APS-DPP2016)
  • Place of Presentation: アメリカ合衆国カリフォルニア州サンノゼ市
  • Year and Date: 2016-10-31
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高強度ピコ秒レーザーと固体薄膜との相互作用における電子温度時間発展を取り入れたプラズマ膨張理論とイオン加速モデル (2016)
  • Author(s): 岩田夏弥, 余語覚文, 戸崎翔太, 古賀啓資, 長友英夫, 岸本泰明, 西村博明, 三間圀興, 疇地宏
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 石川県金沢市
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] Radiation reaction in interactions between ultrahigh intensity laser fields and cluster media (2016)
  • Author(s): Natsumi Iwata, Hideo Nagatomo, Daiki Kawahito, Takayoshi Sano, Ryutaro Matsui, Yuji Fukuda and Yasuaki Kishimoto
  • Organizer: 6th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space, and Astrophysical Plasmas (EASW2016)
  • Place of Presentation: 茨城県つくば市
  • Year and Date: 2016-07-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electron heating and ion acceleration mechanisms in pico-second scale interactions between solid foil and high intensity lasers (2016)
  • Author(s): N. Iwata, A. Yogo, S. Tosaki, K. Koga, H. Nagatomo, Y. Kishimoto, H. Nishimura, K. Mima and H. Azechi
  • Organizer: The 14th International workshop on fast ignition and high field physics with high power lasers (FIWS2016), Conference on Laser Energy Science (CLES2016)
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2016-05-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of radiation reaction in the interaction between cluster media and high intensity lasers in the radiation dominant regime (2016)
  • Author(s): N. Iwata, H. Nagatomo, Y. Fukuda, R. Matsui, D. Kawahito, Y. Kishimoto and H. Azechi
  • Organizer: Japan-US Workshop on Theory and Simulation on the high energy density physics related to the inertial confinement fusion
  • Place of Presentation: 福井県福井市
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] Radiation damping effects in the interaction of cluster mediums with ultraintense laser fields (2015)
  • Author(s): N. Iwata, H. Nagatomo, D. Kawahito, Y. Fukuda, R. Matsui, Y. Kishimoto and H. Azechi
  • Organizer: Outlook on Wake Field Acceleration: the Next Frontier
  • Place of Presentation: スイス連邦ジュネーヴ州ジュネーヴ市
  • Year and Date: 2015-10-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of radiation reaction in ultrahigh-intensity laser interaction with cluster mediums (2015)
  • Author(s): N. Iwata, D. Kawahito, H. Nagatomo, Y. Fukuda, R. Matsui, Y. Kishimoto and H. Azechi
  • Organizer: The Ninth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications (IFSA 2015)
  • Place of Presentation: アメリカ合衆国ワシントン州ベルビュー市
  • Year and Date: 2015-09-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ultraintense laser-matter interaction in the radiation dominant regime and its application to electron-positron pair production (2015)
  • Author(s): N. Iwata
  • Organizer: Kyoto Workshop on Positron Science “Application of Quantum Beams in the Functional Materials Analysis”
  • Place of Presentation: 京都府宇治市
  • Year and Date: 2015-06-04
  • Invited
• [Presentation] 超高強度レーザーとクラスター媒質との相互作用における輻射発生と輻射反作用の効果 (2015)
  • Author(s): 岩田夏弥，長友英夫，岸本泰明，福田祐仁，疇地宏
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 東京都 早稲田大学 早稲田キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-22
• [Presentation] Interaction property between high power laser and cluster medium in the radiation dominant regime（輻射減衰領域における高強度レーザーとクラスター媒質との相互作用特性） (2014)
  • Author(s): 岩田夏弥，岸本泰明，福田祐仁，松井隆太郎，長友英夫，疇地宏
  • Organizer: Plasma Conference 2014 (PLASMA2014)
  • Place of Presentation: 新潟県新潟市 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-11-18
• [Presentation] 輻射減衰領域におけるレーザーとクラスター媒質との相互作用に関するシミュレーション研究 (Numerical study of the interaction between laser and cluster medium in the radiation dominant regime) (2014)
  • Author(s): 岩田夏弥，岸本泰明，福田祐仁，松井隆太郎，長友英夫，疇地宏
  • Organizer: 第15回光量子科学研究シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都府木津川市 日本原子力研究開発機構 関西光科学研究所
  • Year and Date: 2014-11-14