2015 Fiscal Year Annual Research Report
強磁場下の超高強度レーザー駆動無衝突衝撃波とイオン加速
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15H03758
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| Research Institution | Setsunan University |
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Principal Investigator |
田口 俊弘 摂南大学, 理工学部, 教授 (90171595)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三間 圀興 光産業創成大学院大学, その他の研究科, その他 (30033921)
城崎 知至 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10397680)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | レーザープラズマ / 超高強度レーザー / 強磁場 / 無衝突衝撃波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，強磁場下でのレーザープラズマ相互作用とビーム伝播に関して，研究代表者と分担者がそれぞれの分野について以下の研究を行い結果を得た．
１．強磁場下での電子ビーム伝播のシミュレーションによって電子流がせき止められる現象が見つかり，以前より問題になっていたが，これを理論・シミュレーションにより詳細な検討を行った．まず，運動論的効果を含んだ相対論的２流体不安定性の線形成長率とその固有モードを分散関係から詳細に調べた．その結果，右回り円偏光波に近い斜め伝播モードが不安定性化していることがわかった．このことから，斜め伝播不安定円偏光モードが非線形効果によるカスケードを起こして大強度のホイッスラー波に発展するという結論を得た．
２．2D－PICシミュレーションにより，相対論臨界密度近傍のプラズマと超高強度レーザーとの相互作用による電磁場の自己生成，無衝突衝撃波ならびにイオン加速につき研究を行った．外部磁場を印加することにより衝撃波が静電的衝撃波から電磁的衝撃波に遷移することを明らかにした．さらに，電磁衝撃波では，衝撃波前面で加速されるイオン数が数倍に増加することを発見した．
３．高速点火核融合において，強磁場による電子ビームガイド効果の有効性を調べるため，爆縮から加熱までの統合シミュレーションを行った．キロテスラクラスの縦磁場を印加した中実ＣＤ燃料球の爆縮シミュレーションにより高圧縮コアプラズマプロファイル並びに磁場配位を求め，これを初期条件として，高速電子ビームによるコア加熱計算を行った．この結果，磁場印加による熱流抑制効果に起因して，爆縮コアプロファイルがシガーライクな形状(縦長）になることが示された．また，シェル爆縮に比べて磁場拡散係数が大きくて燃料圧縮率が低い中実燃料の場合は，磁場の圧縮効果も小さく，最大圧縮時のミラー比は3程度で，加熱に適した磁場配位となることが示された．
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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
電子ビーム伝播に関しての強磁場印加による流れの堰き止め効果の研究に関しては，原因となるホイッスラー波の発生メカニズムがかなり詳細にわかってきた．また，相対論的臨界密度近傍での無衝突衝撃波生成に関しては，外部磁場印加により，静電衝撃波から電磁衝撃波に遷移することを示すことができ，加速イオン量の増加も観測されたので，今後の研究に弾みが付いた．さらに，研究期間前半の中心課題の一つである「高速点火核融合における電子ビームガイドへの応用」についても順調に解析が進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
電子ビームとホイッスラー波との関係の解析では，これまでイオンは静止した状態だったので，今後はイオンを動かすシミュレーションを行い，さらに詳細な解析と無衝突衝撃波の発生メカニズムとの関連を調べる．
相対論的臨界密度近傍での無衝突衝撃波生成に関しては，静電衝撃波から電磁的衝撃波への遷移の物理機構を明らかにする．また，衝撃波によるイオン加速へのエネルギー変換率と電磁場の揺らぎとの関係を明らかにする．最終的には，相対論的臨界密度近傍の薄膜プラズマによるレーザーイオン加速の物理過程を明らかにする．
高速点火核融合における電子ビームガイドへの応用に関しては，外部磁場印加した場合の相対論レーザープラズマ相互作用，並びに加速粒子（電子・イオン）の特性評価を行い，
１．高速点火のコア加熱過程の高効率化ならびに将来の点火・燃焼クラスに向けたスケーリングを示す．
２．より高強度な磁場(>10kT)におけるレーザープラズマ相互作用の粒子シミュレーションにより，高効率イオン加速機構の解明進める．
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