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Pioneering gigabar science

Research Project

Project/Area Number 17H02996
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Plasma science
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

重森 啓介  大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (50335395)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 境家 達弘  大阪大学, 理学研究科, 助教 (60452421)
尾崎 典雅  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70432515)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2018: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Keywords衝撃波 / 超高圧力 / 高速電子 / ナノワイヤー / XFEL / 高圧力 / レーザープラズマ不安定性 / X線自由電子レーザー / 高エネルギー密度 / 爆縮 / 超高強度レーザー / 高密度プラズマ
Outline of Annual Research Achievements

今年度は超高圧発生に関する研究として,引き続き①ナノ秒レーザー照射による高速電子を積極利用した高圧力発生,②ナノワイヤーアレイ構造試料を用いた高圧力発生に関して実施した.
①の高速電子駆動の超高圧力発生に関しては,当初は予定していなかった反射(散乱)光のスペクトル計測を取り入れ,高速電子の発生メカニズムであるレーザープラズマ不安定性による効果をより詳細に得ることに成功した.本研究における照射強度(約1000 TW/cm^2)の領域では誘導ラマン散乱による高速電子が支配的であるが,計測結果より入射レーザー波長からレッドシフトした反射光を明瞭に観測し,発生する高速電子のスペクトルの推定が可能となった.これを既存の高速電子計測と組み合わせることにより,より詳細な解析が可能となった.また,欧州との共同研究により,フランスのLaser Megajoule装置を用いた実験を開始し,まずは高速電子発生のキャラクタリゼーションを中心とした計測を行った(本年度以降も継続実施予定).
②のナノワイヤー構造試料と超高強度レーザーを用いた超高圧発生に関しては,引き続き理研播磨のSACLAおよび付帯の超高強度レーザーシステムによる実験を行い,ナノワイヤーの平均密度を改良するなど,照射実験条件の最適化を実施した.これまでの結果の解析から,ナノワイヤー構造試料を用いることによって約0.37 Gbar相当の超高圧力状態の発生を確認した.また,大阪大学レーザー科学研究所のLFEXレーザーを使用し,ピコ秒キロジュール条件でのナノワイヤー試料の照射実験を行い,高速電子や硬X線発生量の増大を確認した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

今年度は2種類のアプローチによるギガバール生成と特性評価に関する研究をすすめ,順調に成果を挙げつつある.
①の高速電子駆動の超高圧力発生に関しては,当初は予定していなかった反射(散乱)光のスペクトル計測を取り入れ,高速電子の発生メカニズムであるレーザープラズマ不安定性による効果をより詳細に得ることに成功した.本研究における照射強度(約1000 TW/cm^2)の領域では誘導ラマン散乱による高速電子が支配的であるが,計測結果より入射レーザー波長からレッドシフトした反射光を明瞭に観測し,発生する高速電子のスペクトルの推定が可能となった.これを既存の高速電子計測と組み合わせることにより,より詳細な解析が可能となった.
②のナノワイヤー構造試料と超高強度レーザーを用いた超高圧発生に関しては,引き続き理研播磨のSACLAおよび付帯の超高強度レーザーシステムによる実験を行い,照射試料の改良などを進めている.これまでの結果より,ナノワイヤー構造試料を用いることによって約0.37 Gbar相当の超高圧力状態の発生を確認し,今後はより高圧力の発生に向けた改良を実施する.また,当初の計画には無かったピコ秒・キロジュールレーザー装置による照射実験を行い,高速電子やX線の発生量の顕著な増大を観測した.詳細な解析を今後実施する予定である.

Strategy for Future Research Activity

本研究課題は2020年度が最終年度であり,これまでの集大成としての研究のまとめを行うだけでなく,次の展開に接続するための項目を実施する.
ギガバール圧力の応用例として,まず挙げられるのが慣性核融合プラズマであり,本研究課題で実施している高速電子を用いた圧力発生の高効率化は「Shock Ignition」方式で極めて重要な位置を占める.このShock Ignition方式ではレーザープラズマ不安定性にとって発生する高速電子に着目することから,このレーザープラズマ不安定性の理解に資する実験的観測を基にした展開をすすめる.具体的にはレーザープラズマ不安定の特性評価のため,照射レーザー光の反射(散乱)計測を実施し,反射(散乱)光のスペクトル計測を行うことにより,誘導ラマン散乱や2プラズマ崩壊による高速電子の発生やプラズマのスケール長等の依存性に関する情報を取得し,PICシミュレーションコード等との比較を行う.いくつかの典型的なデータを取得することにより,超高圧力の発生そのものに加えて制御性を見据えた方向付けを行う.
ナノワイヤーアレイ構造試料と超高強度レーザーを用いた超高圧力発生法に関しては,これまでフェムト秒レーザーとX線自由電子レーザーを用いて実施した結果を踏まえ,この手法の応用を見据えた展開を実施する.すなわち照射レーザーの吸収率増大により得られる効果(高速電子やX線発生量の増加など)を軸に,2次元シミュレーションコードを通した解析を実施する.上記実験のほか,ピコ秒キロジュールレーザーを用いたデータ取得も昨年度末に実施しており,これらの解析を含めた作業を今年度行う予定である.

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report

Research Products

(25 results)

All 2020 2019 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research Journal Article Presentation

  • [Int'l Joint Research] ボルドー大学(フランス)

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  • [Int'l Joint Research] CNR-INO(イタリア)

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  • [Journal Article] Observation of ultra-high energy density state with x-ray free electron laser SACLA2020

    • Author(s)
      Maeda Y.、Hironaka Y.、Iwasaki T.、Kawasaki K.、Sakawa Y.、Izumi T.、Ota M.、Egashira S.、Nakagawa Y.、Higashi N.、Sentoku Y.、Kodama R.、Ozaki N.、Matsuoka T.、Somekawa T.、Yabuuchi T.、Inubushi Y.、Togashi T.、Kon A.、Sueda K.、Miyanishi K.、Shingubara S.、Shimizu T.、Okumura A.、Shigemori K.
    • Journal Title

      High Energy Density Physics

      Volume: 36 Pages: 100813-100813

    • DOI

      10.1016/j.hedp.2020.100813

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  • [Journal Article] Preliminary results from the LMJ-PETAL experiment on hot electrons characterization in the context of Shock Ignition2020

    • Author(s)
      Baton S.D.、Cola?tis A.、Rousseaux C.、Boutoux G.、Brygoo S.、Jacquet L.、Koenig M.、Batani D.、Casner A.、Bel E. Le、Raffestin D.、Tentori A.、Tikhonchuk V.、Trela J.、Reverdin C.、Le-Deroff L.、Theobald W.、Cristoforetti G.、Gizzi L.A.、Koester P.、Labate L.、Shigemori K.
    • Journal Title

      High Energy Density Physics

      Volume: 36 Pages: 100796-100796

    • DOI

      10.1016/j.hedp.2020.100796

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Measurements of Rayleigh-Taylor instability growth of laser-shocked iron-silicon alloy2019

    • Author(s)
      Sakaiya Tatsuhiro、Terasaki Hidenori、Akimoto Kosaku、Kato Hiroki、Ueda Taichi、Hosogi Ryota、Fujikawa Takashi、Kondo Tadashi、Hironaka Yoichiro、Shigemori Keisuke
    • Journal Title

      High Pressure Research

      Volume: 39 Pages: 150-159

    • DOI

      10.1080/08957959.2019.1575966

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis and characterization of diamond capsules for direct-drive inertial confinement fusion2018

    • Author(s)
      Kato, H., Yamada, H., Ohmagari, S., Chayahara, A., Mokuno, Y., Fukuyama, Y., Fujiwara, N., Miyanishi, K., Hironaka, Y., Shigemori, K.
    • Journal Title

      Diamond and Related Materials

      Volume: 86 Pages: 15-19

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2018.04.010

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of equation of state on laser imprinting by comparing diamond and polystyrene foils2018

    • Author(s)
      Kato H.、Shigemori K.、Nagatomo H.、Nakai M.、Sakaiya T.、Ueda T.、Terasaki H.、Hironaka Y.、Shimizu K.、Azechi H.
    • Journal Title

      Physics of Plasmas

      Volume: 25 Pages: 032706-032706

    • DOI

      10.1063/1.5018906

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      2018 Annual Research Report 2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 3 × 10<sup>8 </sup>D-D Neutron Generation by High-Intensity Laser Irradiation onto the Inner Surface of Spherical CD Shells2018

    • Author(s)
      SATOH Nakahiro、WATARI Takeshi、NISHIHARA Katsunobu、MATSUKADO Koji、YOSHIMURA Ryo、AKIYAMA Naoki、TAKAGI Masaru、KAWASHIMA Toshiyuki、ABE Yuki、ARIKAWA Yasunobu、SUNAHARA Atsushi、HIRONAKA Yoichiro、SHIGEMORI Keisuke、FUJIOKA Shinsuke、NAKAI Mitsuo、AZECHI Hiroshi
    • Journal Title

      Plasma and Fusion Research

      Volume: 13 Issue: 0 Pages: 2401028-2401028

    • DOI

      10.1585/pfr.13.2401028

    • NAID

      130007396440

    • ISSN
      1880-6821
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 超高強度レーザー照射ナノワイヤーターゲットにおける超高エネルギー密度状態の生成と観測2020

    • Author(s)
      前田優斗
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会 第40回年次大会
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  • [Presentation] 直接照射型慣性学融合用ダイヤモンドカプセルの形態と表面粗さの合成条件への依存性2020

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      岩崎稔広
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会 第40回年次大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] The role of hot electrons on ultrahigh pressure generation relevant to shock ignition conditions2019

    • Author(s)
      K. Shigemori
    • Organizer
      3rd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] The role of hot electrons on ultrahigh pressure generation relevant to shock ignition conditions2019

    • Author(s)
      K. Shigemori
    • Organizer
      11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
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  • [Presentation] Observation of Ultra-High Energy Density State with X-Ray Free Electron Laser SACLA2019

    • Author(s)
      Y. Maeda
    • Organizer
      11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
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  • [Presentation] Morphology and Surface Roughness on Growth Condition of Diamond Capsule for Direct-Drive Inertial Confinement Fusion2019

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      T. Iwasaki
    • Organizer
      11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] In-Situ Observation of Crystal Structure Transitions of Austenitic Stainless Steel Under Shock Compression and Release Using X-Ray Free Electron Laser2019

    • Author(s)
      K. Miyanishi
    • Organizer
      11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
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    • Author(s)
      M. Ota
    • Organizer
      11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
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  • [Presentation] Structure and Distribution of Quenched High-Pressure Polymorph in Laser-Shocked Silica2019

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      T. Kondo
    • Organizer
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  • [Presentation] 超高強度レーザー照射ナノワイヤーターゲットにおける超高エネルギー密度状態の観測2019

    • Author(s)
      前田優斗
    • Organizer
      第36回 プラズマ・核融合学会 年会
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  • [Presentation] X線自由電子レーザーSACLAによる超高エネルギー密度状態の生成と観測 (1) 研究の概要2019

    • Author(s)
      重森啓介, 宮西宏併, 前田優斗, 弘中陽一郎, 福山祐司, 藤原宇央, 加藤弘樹, 岩崎稔広, 坂和洋一, 泉智大, 江頭俊一, 千徳靖彦, 尾崎典雅, 松岡健之, 兒玉了祐, 染川智弘, 籔内俊毅, 末田敬一, 犬伏雄一, 富樫格, 今亮
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
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  • [Presentation] X線自由電子レーザーSACLAによる超高エネルギー密度状態の生成と観測 (2) X線シャドウグラフ像の解析2019

    • Author(s)
      前田優斗, 宮西宏併, 弘中陽一郎, 福山祐司, 藤原宇央, 加藤弘樹, 岩崎稔広, 坂和洋一, 泉智大, 江頭俊一, 千徳靖彦, 尾崎典雅, 松岡健之, 兒玉了祐, 染川智弘, 籔内俊毅, 末田敬一, 犬伏雄一, 富樫格, 今亮, 重森啓介
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] X線自由電子レーザーSACLAによる超高エネルギー密度状態の生成と観測 (3)エネルギー吸収・輸送ダイナミクス2019

    • Author(s)
      宮西宏併, 前田優斗, 弘中陽一郎, 福山祐司, 藤原宇央, 加藤弘樹, 岩崎稔広, 坂和洋一, 泉智大, 江頭俊一, 千徳靖彦, 尾崎典雅, 松岡健之, 兒玉了祐, 染川智弘, 籔内俊毅, 末田敬一, 犬伏雄一, 富樫格, 今亮, 重森啓介
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Observation of ultra-high energy density state in nanowire allay target with x-ray free electron laser SACLA2018

    • Author(s)
      Keisuke Shigemori, Kohei Miyanishi, Yuji Fukuyama, Neo Fujiwara, Yuto Maeda, Youichi Sakawa, Yoichiro Hironaka, Yasuhiko Sentoku, Takeshi Matusoka, Toshihiro Somekawa, Norimasa Ozaki, Ryosuke Kodama, Toshinori Yabuuchi, Akira Kon, Yuichi Inubuchi
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      60th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超高圧力発生におけるレーザー・プラズマ相互作用による高速電子の寄与2018

    • Author(s)
      福山 祐司,重森 啓介, 弘中 陽一郎,宮西 宏併,加藤 弘樹,藤原 宇央,尾崎 典雅,松岡 健之,梅田 悠平,硲 峻,片桐 健登, 西川 豊人,細見 実,向井 啓一郎B,向井 幹二,上村 伸樹,寒河江 大輔,森岡 信太郎,李 昇浩,藤岡 慎介, 西村 博明,中井 光男,兒玉 了祐
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会 第38回年次大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Ultrahigh pressure generation with laser-produced hot electrons2018

    • Author(s)
      Keisuke Shigemori
    • Organizer
      14th Direct-Drive and Fast-Ignition Workshop
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超高圧力発生におけるレーザー・プラズマ相互作用による高速電子の寄与2017

    • Author(s)
      福山 祐司,重森 啓介, 弘中 陽一郎,宮西 宏併,加藤 弘樹,藤原 宇央,尾崎 典雅,松岡 健之,梅田 悠平,硲 峻,片桐 健登, 西川 豊人,細見 実,向井 啓一郎B,向井 幹二,上村 伸樹,寒河江 大輔,森岡 信太郎,李 昇浩,藤岡 慎介, 西村 博明,中井 光男,兒玉 了祐
    • Organizer
      Plasma Conference 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-01-27  

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