2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study on laser-plasma interactions incorporating nuclear physics and proposal of new quantum beam sources
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16K05637
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| Research Institution | Fukuoka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中村 龍史 福岡工業大学, 情報工学部, 教授 (40318796)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超高強度レーザー / 光核反応 / 中性子源 / ガンマ線発生 / 輻射反作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１年目、２年目に開発を行った原子核反応を取り入れた粒子シミュレーションコードを用いて、レーザー駆動量子線発生に関するシミュレーション研究を行った。特に、短パルス性あるいは高指向性をもつ新しい量子線源としての陽電子線及び中性子線発生に関するシミュレーション研究を行った。
超高強度レーザーを固体ターゲットへ照射することで、高輝度・短パルス性・高指向性といった特徴をもつレーザー駆動ガンマ線を発生することができる。発生したガンマ線は、ターゲット内部を透過する際、原子核電界と相互作用することで電子・陽電子対生成が起こる。この結果発生する陽電子線は、レーザー駆動ガンマ線と同様に、短パルス性、高指向性といった性質をもつことに加え、ターゲット裏面から放出される際に、裏面における静電場による加速及び静磁場によるエネルギー選択がおこることで準単色の陽電子線が発生することがシミュレーションにより明らかになった。この陽電子線の、発生数、エネルギー広がり等のターゲット（原子番号、プリプラズマのスケール長）及びレーザー強度依存性を明らかにし、実験提案を行った。同時に、レーザー駆動ガンマ線は原子核と光核反応をおこし中性子を発生させる。光核反応の断面積及び反応閾値はターゲット原子核の種類に依存する。様々なターゲットに対しての中性子発生数を評価した結果、金などの高Z物質のほうが中性子発生に適していることが分かった。10PWの超高強度レーザー(集光強度は5×10＾22W/cm^2)を10cmの金ターゲットに照射した場合、およそ10^9程度の中性子発生がみこまれることがシミュレーションにより示された。これらの結果から、超高強度レーザーにより発生する高輝度ガンマ線と原子核あるいは核電界との相互作用を利用することで、新しい特性をもつ量子線発生の可能性が示された。
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