Experimental study for characterizing the effect of a strong magnetic field to interfacial instability

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18J11354
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 松尾 一輝 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2020-03-31
• Keywords: 高エネルギー密度プラズマ / 流体不安定性 / レーザー核融合

Outline of Annual Research Achievements

申請者は，強磁場がプラズマの運動に与える影響を実験的に解明した．プラズマ中で磁力線がプラズマの微細な擾乱の運動によって圧縮，引き延ばしを受けることで，熱伝導の分布が不均一になり，この不均一性が圧力の不均一を生じさせることで磁気レイリー・テイラー不安定性の成長が促進される新しい流体不安定性現象も実験的に明らかにした．申請者はこの成果について，国際学会(11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications)で発表し，流体不安定性の制御が必要なレーザー核融合分野や天文分野に広く資する成果であるとしてChiyoe Yamanaka Awardを受賞した．
さらに，高強度レーザーが強磁場中のプラズマ内部に作る急峻な温度勾配による熱輸送によって，効率的に核融合燃料を加熱する加熱方式を実験的に検証した．圧縮した燃料コアに外部から数ピコ秒の短パルスレーザーを用いてエネルギーを与えると、レーザー照射面が直接加熱され、その熱が温度の低いコアの中心部分に広がっていく．外部磁場を印可することで、熱拡散の広がりをコアの中心部分に向かうように指向させることができる．申請者は外部磁場中で、銅をトレーサーとしてドープしたターゲットを圧縮後、短パルスレーザーで加熱し、銅の輝線スペクトルを結晶型のX線分光器で取得することで、その輝線スペクトルの比から加熱されたターゲットの温度を推定した．またX線バックライト法でターゲットの影絵を取得することで、密度を推定した。これらの計測によって、合計4.6kJのレーザーエネルギーで22 Gbarもの高エネルギー密度プラズマを生成できることが実験的に実証された．申請者は上記の成果をまとめて，Physical Review Letter誌に論文を出版した．

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Nevada Reno/University of San Diego(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Nevada Reno/University of San Diego
• [Int'l Joint Research] CELIA/University of Bordeaux(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: CELIA/University of Bordeaux
• [Journal Article] Petapascal Pressure Driven by Fast Isochoric Heating with a Multipicosecond Intense Laser Pulse (2020)
  • Author(s): Matsuo Kazuki, Higashi Naoki, Iwata Natsumi, Sakata Shohei
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 124 Pages: 035001
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.035001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Design of Zeeman spectroscopy experiment with magnetized silicon plasma generated in the laboratory (2019)
  • Author(s): Liu Chang、Matsuo Kazuki、Ferri Sandrine、Chung Hyun-Kyung、Lee Seungho、Sakata Shohei、Law King Fai Farley、Morita Hiroki、Pollock Bradley、Moody John、Fujioka Shinsuke
  • Journal Title: High Energy Density Physics Volume: 33 Pages: 100710～100710
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.hedp.2019.100710
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Electromagnetic field growth triggering super-ponderomotive electron acceleration during multi-picosecond laser-plasma interaction (2019)
  • Author(s): Kojima Sadaoki, Hata Masayasu, Iwata Natsumi, Arikawa Yasunobu
  • Journal Title: Communications Physics Volume: 2 Pages: 99
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s42005-019-0197-6
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Experimental study for characterizing the effect of a strong magnetic field to interfacial instability (2019)
  • Author(s): K.Matsuo, T.Sano, H.Nagatomo, K.Ishigure, H.Kato, H.Nagatomo, N.Philippe, N.Nagamatsu, Y.Sakawa, Y.Arikawa, S.Sakata, S.Lee, K.F.F.Law, H.Morita, C.Liu, H.Li, J.Nishibata, R.Takizawa, H.Azechi and S.Fujioka
  • Organizer: 11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] マルチピコ秒ペタワットレーザーの熱拡散加熱による高エネルギー密度コアの生成 (2019)
  • Author(s): K.Matsuo, H.Nagatomo, T.Sano, N.Philippe, T.Somekawa, Y.Sakawa, Y. Arikawa, S.Sakata, S.Lee, K.K.F.Law, H.Morita, H.Azechi and S.Fujioka
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会物性