2016 Fiscal Year Annual Research Report
Laboratory astrophysics experiments using large-scale high-intensity laser systems
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15H02154
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
坂和 洋一 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (70242881)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
米田 仁紀 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 教授 (00210790)
松清 修一 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (00380709)
森田 太智 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (30726401)
山崎 了 青山学院大学, 理工学部, 准教授 (40420509)
富田 健太郎 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (70452729)
佐野 孝好 大阪大学, レーザー科学研究所, 助教 (80362606)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | レーザー宇宙物理学 / 無衝突衝撃波 / 磁気リコネクション / 協同トムソン散乱計測 / プロトンバックライト計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高出力および高強度レーザーを用いて宇宙物理学の要素物理を明らかにする、レーザー宇宙物理学の確立を目指して実験を行っている。特に宇宙線加速に着目し、要素実験として高出力レーザーによる無衝突衝撃波（強磁場衝撃波、ワイベル衝撃波）生成実験と磁気リコネクション実験、高強度レーザーを用いたイオン加速実験を行った。
無衝突ワイベル衝撃波生成実験（NIF-米国）では、10 mm間隔のCH/CH平行平板型double-planeターゲットを用いて、各平板にメインレーザーとして40 beam (250 kJ)を照射して実験を行った。生成されたプラズマ中の磁場分布を計測するために、D-3Heを充填したターゲットに64 beam (58 kJ)を照射して、核融合生成プロトンを発生させ、これを用いたプロトンバックライト計測を行った。メインレーザー照射後 t = 2.6 nsと5.1 nsにおけるバックライトイメージを取得し、磁場分布の時間発展を測定した。
強磁場衝撃波（激光XII号）では、外部磁場を印可せず、水素雰囲気ガスを数Torr封入した状態でレーザープラズマからの輻射によって生成された水素プラズマの温度・密度計測を行った。
磁気リコネクション実験（激光XII号）では、インダクションコイルを用いて固体ターゲット周辺に約0.1テスラの反平行及び平行な磁場配位を生成し、協同トムソン散乱と可視自発光の時間発展計測を行い、プラズマのパラメータとダイナミクスの比較を行った。
イオン加速実験では、高強度レーザーを用いて無衝突静電衝撃波を生成し、衝撃波の静電ポテンシャルで衝撃波上流のイオンを反射する事によって準単色のプロトンを生成する、無衝突静電衝撃波イオン加速の研究を開始した。流体および粒子シミュレーションによって、台湾のNCU100TWレーザーを用いた実験条件の最適化と光学計測の設置を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画していた実験を、ほぼ予定通り実行することができた。
無衝突ワイベル衝撃波生成実験（NIF）では、D-3He 核融合生成プロトン用いたプロトンバックライト計測によりt = 2.6, 4.1, 5.1, 7.6 nsの磁場分布の時間発展を測定することができた。
強磁場衝撃波（激光XII号）では、外部磁場印可時の無衝突衝撃波との比較データとして、無磁場中での衝撃波の詳細な計測を行った。
磁気リコネクション実験では、磁場コイルを用いた強い磁場中でのリコネクション実験を行い、これまでの永久磁石を用いた実験との比較を行うことができた。
イオン加速実験では、当初予定されていなかった台湾の高強度レーザーNCU100TWを用いた無衝突静電衝撃波イオン加速の研究を開始し、実験準備が整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
無衝突ワイベル衝撃波生成実験（NIF）では、D-3He 核融合生成プロトン用いたプロトンバックライト計測によりさらに2点の時間発展を計測する。
強磁場衝撃波（激光XII号）では、数Torrの水素雰囲気ガス中で数Tのパルス磁場を印可し、薄膜にレーザーを照射して無衝突衝撃波を生成する。無衝突衝撃波に特有の上流からの反射イオンによって励起されると予想される２流体不安定性によるラングミュア波の観測を目的として、協同トムソン散乱用プローブレーザーを用いて、電子項・イオン項同時計測を行う。そのために、従来の90度散乱のイオン項計測に加えて、30度散乱方向に電子項計測用の分光器を設置する。これにより、２流体不安定性の励起に最適な波数を持ったングミュア波の観測が期待される。
磁気リコネクション実験では、これまでの永久磁石およびインダクションコイルを用いた反平行磁場配位での実験に加えて、キャパシタターゲットを用いたキロテスラ級の強磁場を用いたリコネクション実験を行う。
高強度レーザーによるイオン加速実験では、台湾のNCU100TWと大阪大学レーザー研のLFFEXレーザーを用いた無衝突静電衝撃波イオン加速実験を行う。
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[Journal Article] Dynamic compression of dense oxide from 0.3 to 2.7 TPa: Universal Hugoniot of fluid metals2016
Author(s)
N. Ozaki, W. J. Nellis, T. Mashimo, M. Ramzan, R. Ahuja, T. Kaewmaraya, T. Kimura, M. Knudson, K. Miyanishi, Y. Sakawa, T. Sano, and R. Kodama
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Journal Title
Scientific Report
Volume: 6
Pages: 26000-1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Shock Compression Response of Forsterite above 250 GPa2016
Author(s)
Toshimori Sekine, Norimasa Ozaki, Kohei Miyanishi, Yuto Asaumi, Tomoaki Kimura, Bruno Albertazzi, Yuya Sato, Youichi Sakawa, Takayoshi Sano, Seiji Sugita, Takafumi Matsui, and Ryosuke Kodama
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Journal Title
Science Advance
Volume: 2
Pages: e1600157-1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Time evolution of Kelvin-Helmholtz vortices associated with collisionless shocks in laser produced plasmas2016
Author(s)
Y. Kuramitsu, A. Mizuta, Y. Sakawa, H. Tanji, T. Ide, T. Sano, M. Koenig, A. Ravasio, A. Pelka, H. Takabe, C. D. Gregory, N. Woolsey, T. Moritaka, S. Matsukiyo, Y. Matsumoto, and N. Ohnishi
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Journal Title
Astrophys. J
Volume: 828
Pages: 93 - 102
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Decaying shock studies of phase transitions in MgO-SiO2 systems: implications for the Super-Earths’ interiors2016
Author(s)
R. M. Bolis, G. Morard, T. Vinci, A. Ravasio, E. Bambrink, M. Guarguaglini, M. Koenig, R. Musella, F. Remus, J. Bouchet, N. Ozaki, K. Miyanishi, T. Sekine, Y. Sakawa, T. Sano, R. Kodama, F. Guyot, A. Benuzzi-Mounaix
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Journal Title
Geophysical Research Letters
Volume: 43
Pages: 9475-9483
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Short-pulse laser-driven x-ray radiography2016
Author(s)
E. Brambrink, S. Baton, M. Koenig, R. Yurchak, N. Bidaut, B. Albertazzi, J. E. Cross, G. Gregori, A. Rigby, E. Falize, A. Pelka, F. Kroll, S. Pikuz, Y. Sakawa, N. Ozaki, C. Kuranz, M. Manuel, C. Li, P. Tzeferacos, and D. Lamb
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Journal Title
High Power Laser Science and Engineering
Volume: 4
Pages: e30-1-5
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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