超高輝度レーザーと高密度プラズマとの非線形相互作用に関する理論的研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10680464
• Research Institution: Kinki University
• Principal Investigator: 西川 恭治 近畿大学, 工学部, 教授 (40025309)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡邊 昌昭 近畿大学, 工学部, 教授 (40113146) ; 三間 圀興 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 教授 (30033921)
• Keywords: プラズマ / レーザー / 相対論効果 / 非線系波動伝播 / 不安定性 / 計算機シミュレーション / レーザー核融合 / 高エネルギー粒子発生

Research Abstract

本年度は、ユウゴスラビア共和国のL.Hadzevski教授、インド・プラズマ研究所のP.K.Kaw教授、Sengupta氏及び、イタリア・ミラノ大学のT.Desai博士等との共同研究で、以下の研究を行った。
1.相対論的ソリトンのダイナミックス
前年度に引き続き、10^<18>W/cm^2以上のレーザー照射下でのソリトンの伝播特性、特にサブサイクルソリトンへの有限電子温度効果を明らかにし、報告書としてまとめた。また、直線偏波ソリトンの解析を行い、振動するポンデロモーティブ力による密度変調がソリトンの伝播に及ぼす影響を調べた。
2.相対論的電子ビームの伝播と異常減衰
高密度プラズマ中に、高電流密度の相対論的電子ビームが入射したとき、ワイベル不安定性により、電子ビームがフィラメント状に分裂するが、そのフィラメントの電磁流体的不安定性(ソーセイジ不安定性及びK-H不安定性)の解析を行った。また、これらの不安定性と共に、フィラメントの結合過程で、帰還電流への異常電気抵抗が発生し、直流縦磁界が誘起されることを明らかにした。誘起電界により、相対論的電子ビームはエネルギーを減衰させ、バックグラウンド電子の強い加熱が起こることが,粒子シミュレーションにより発見された。異常抵抗の発生機構について検討し,磁気乱流が重要であることを見出した。
3.相対論的電子とレーザーとの相互作用によるストキヤスティック加速
カットオフ密度より低密度のプラズマ中では,レーザーの位相速度が光速に近く,光場と相対論的電子とは"準共鳴状態"になる。この状態に第2波動場などによる摂動が加わることで,電子の軌道がカオスになり,非常に強い加速が起こることを発見した。

Research Products

• [Publications] 三間圀興: "Stimulated Photon Cascade and Condensate in a Relativistic Laser-Plasma Interaction"Physics of Plasmas. 8. 2349-2356 (2001)
• [Publications] Z.M.Sheng: "Anisotropic Filamentation Instability of Intense Laser Beams in Plasmas near the Critical Density"Physical Review E. 64. 6409-6417 (2001)
• [Publications] 田口俊弘: "Structure Formation and Tearing of an MeV Cylindrical Electron Beam in a Laser Produced Plasma"Physical Review Letters. 86. 5055-5058 (2001)
• [Publications] 田口俊弘: "プラズマに内在するカオスの新しいモデル7.相対論的レーザープラズマにおけるカオス"プラズマ・核融合学会誌. 12. 1212-1220 (2002)
• [Publications] Z.M.Sheng: "Stochastic Heating and Acceleration os Electrons in a Colliding Laser Fields in Plasma"Physical Review Letters. 88. 5004-5007 (2002)