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2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H02996
• Research Institution: Osaka 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
• Keywords: 超高圧力 / 高速電子 / ナノワイヤーアレイ / 強磁場構造

Outline of Annual Research Achievements

ギガバール圧力発生のために，2つの実験的アプローチによる研究を実施し，超高圧力発生に必要な物理機構の解明を行った．
レーザー照射によって生成される古典的な熱伝導を介したアブレーションによる高圧力発生においては，古典的な熱伝導のほかに平均自由行程の比較的長い高速電子が重要な役割を果たす．これまでに高速電子と超圧力発生の因果関係を本課題では明らかにしてきたが，今年度はこの高速電子の発生メカニズム，とくにレーザープラズマ相互作用に着目し，高速電子の発生条件と超高圧力発生への寄与を多面的に評価した．実験ではレーザーのパルス時間波形を制御した条件下でレーザープラズマ相互作用によって発生する高速電子のほか，レーザープラズマ相互作用による散乱光の計測を実施し，レーザー生成プラズマのスケール長と高速電子発生の定量的評価，とくに顕著に起こる対流誘導ラマン散乱に関する重要な知見が得られた．
もう一つの超高圧力発生法として，ナノワイヤーアレイ構造をもった試料による高エネルギー密度プラズマ閉じ込めに関する研究も並行して進めている．この手法では，超高強度レーザーがワイヤー間を浸透することにより高エネルギー密度状態を生成することが可能とされているが，2次元PICシミュレーションの解析を行ったところ，ワイヤー内を伝播する高速電子によって発生する超高強磁場によってワイヤー間の高速電子が捕捉され，高エネルギー密度状態が閉じ込められることを示唆する結果が示された．これを踏まえて試料の裏面側の高速電子を実験的に観測したところ，通常の平板と比較してナノワイヤーアレイ試料の場合は裏面側の高速電子量が減少する結果が得られた．これにより，ワイヤーアレイ構造による磁場が超高圧力発生に影響を及ぼすことを証明することができた．

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Bremsstrahlung cannon design for shock ignition relevant regime (2021)
  • Author(s): Koester P.、Baffigi F.、Cristoforetti G.、Labate L.、Gizzi L. A.、Baton S.、Koenig M.、Cola?tis A.、Batani D.、Casner A.、Raffestin D.、Tentori A.、Trela J.、Rousseaux C.、Boutoux G.、Brygoo S.、Jacquet L.、Reverdin C.、Le Bel E.、Le-Deroff L.、Theobald W.、Shigemori K.
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 92 Pages: 013501～013501
  • DOI: 10.1063/5.0022030
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Surface structure on diamond foils generated by spatially nonuniform laser irradiation (2020)
  • Author(s): Kato Hiroki、Nagatomo Hideo、Nakai Mitsuo、Sakaiya Tatsuhiro、Terasaki Hidenori、Kondo Tadashi、Hironaka Yoichiro、Shimizu Katsuya、Shigemori Keisuke
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Pages: 9017
  • DOI: 10.1038/s41598-020-66036-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dependences of morphology and surface roughness on growth conditions of diamond capsules for the direct-drive inertial confinement fusion (2020)
  • Author(s): Iwasaki T.、Kawasaki K.、Yamada H.、Ohmagari S.、Takeuchi D.、Chayahara A.、Mokuno Y.、Hironaka Y.、Shigemori K.
  • Journal Title: High Energy Density Physics Volume: 37 Pages: 100849～100849
  • DOI: 10.1016/j.hedp.2020.100849
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generation of residual stress field in metal by an interference shock wave (2020)
  • Author(s): Hironaka Yoichiro、Miura Eisuke、Miyanishi Kohei、Shigemori Keisuke、Matsuoka Takeshi、Ozaki Norimasa、Kurita Takashi、Kabeya Yuki、Watari Takeshi、Mizuta Yoshio、Kuroda Ryunosuke、Kodama Ryosuke
  • Journal Title: High Energy Density Physics Volume: 37 Pages: 100864～100864
  • DOI: 10.1016/j.hedp.2020.100864
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The role of hot electrons on ultrahigh pressure generation relevant to shock ignition conditions (2020)
  • Author(s): Kawasaki Koki、Hironaka Yoichiro、Maeda Yuto、Iwasaki Toshihiro、Tanaka Daisuke、Miyanishi Kohei、Nagatomo Hideo、Fujioka Shinsuke、Ozaki Norimasa、Kodama Ryosuke、Matsuoka Takeshi、Batani Dimitri、Trela Jocelag、Nicolai Phillipe、Shigemori Keisuke
  • Journal Title: High Energy Density Physics Volume: 37 Pages: 100892～100892
  • DOI: 10.1016/j.hedp.2020.100892
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Preliminary results from the LMJ-PETAL experiment on hot electrons characterization in the context of shock ignition (2020)
  • 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
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Observation of ultra-high energy density state with x-ray free electron laser SACLA (2020)
  • 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
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 直接照射型レーザー核融合におけるダイヤモンド燃料カプセルの適用 (2021)
  • Author(s): 重森 啓介、川﨑 昂輝、田中 大裕、長友 英夫、三間 圀興、山田 英明
  • Organizer: レーザー学会 学術講演会 第41回年次大会
  • Invited
• [Presentation] The First Direct- Drive Implosion Experiment of Polycrystalline Diamond Capsules at GEKKO Laser Facility (2021)
  • Author(s): K. Kawasaki, D. Tanaka, H. Yamada, S. Ohmagari, Y. Mokuno, A. Chayahara, Y. Maeda, T. Tamagawa, Y. Hironaka, K. Shigemori
  • Organizer: The 16th Direct Drive and Fast Ignition Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] レーザー生成プラズマにおけるプラズマ-固相の動的境界 (2021)
  • Author(s): 重森啓介
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
  • Invited
• [Presentation] ナノワイヤーアレイにおける超高強度レーザー吸収輸送機構の解明 (2021)
  • Author(s): 前田優斗, 弘中陽一郎, 川崎昂輝, 坂和洋一, 太田雅人, 江頭俊輔, 中川義治, 千徳靖彦, 岩田夏弥, 長友英夫, 兒玉了祐, 尾崎典雅, 染川智弘, 宮西宏併, 末田敬一, 籔内俊毅, 犬伏雄一, 富樫格, 今亮, 新宮原正三, 清水智弘, 佐々木涼, 重森啓介
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] レーザー核融合の衝撃波点火方式における高速電子の衝撃波圧力に及ぼす影響の評価 (2021)
  • Author(s): 川﨑昂輝, 弘中陽一郎, 前田優斗, 玉川拓実, 田中大裕, 長友英夫, 藤岡慎介, 梅田悠平, 片桐健登, 尾崎典雅, 兒玉了祐, D. Batani, J. Trela, P. Nicolai, D. Mancelli, G. Cristoforetti, 重森啓介
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] 衝撃点火方式におけるレーザープラズマ相互作用評価のための計測系の開発 (2021)
  • Author(s): 玉川拓実, 弘中陽一郎, 前田優斗, 川崎昂輝, 田中大裕, 尾崎典雅, 兒玉了祐, 瀧澤龍之介, 藤岡慎介, 余語覚文, D. Batani, G. Cristoforetti, 重森啓介
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] ナノワイヤーアレイにおける超高強度レーザー吸収輸送機構の解明 (2020)
  • Author(s): 前田優斗, 弘中陽一郎, 川崎昂輝, 坂和洋一, 太田雅人, 江頭俊輔, 中川義治, 千徳靖彦, 岩田夏弥, 長友英夫, 兒玉了祐, 尾崎典雅, 染川智弘, 宮西宏併, 末田敬一, 籔内俊毅, 犬伏雄一, 富樫格, 今亮, 新宮原正三, 清水智弘, 佐々木涼, 重森啓介
  • Organizer: 第37回 プラズマ・核融合学会 年会
• [Presentation] レーザー核融合の衝撃波点火方式における高速電子の衝撃波圧力に及ぼす影響の評価 (2020)
  • Author(s): 川﨑昂輝, 弘中陽一郎, 前田優斗, 玉川拓実, 田中大裕, 長友英夫, 藤岡慎介, 梅田悠平, 片桐健登, 尾崎典雅, 兒玉了祐, D. Batani, J. Trela, P. Nicolai, D. Mancelli, G. Cristoforetti, 重森啓介
  • Organizer: 第37回 プラズマ・核融合学会 年会