2023 Fiscal Year Annual Research Report
Study of mesoscale high energy density plasmas driven by petawatt laser light
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20H00140
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
千徳 靖彦 大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (10322653)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
城崎 知至 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (10397680)
藤岡 慎介 大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (40372635)
西内 満美子 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 光量子ビーム科学研究部, 上席研究員 (70391315)
岩田 夏弥 大阪大学, 高等共創研究院, 准教授 (70814086)
佐野 孝好 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (80362606)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 高エネルギー密度科学 / 高強度レーザー / メゾスケールプラズマ物理 / プラズマ粒子シミュレーション / レーザーイオン加速 / 実験室宇宙物理学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ペタワットレーザーは、物質をピコ秒という時間スケールで、太陽コア付近と同等な状態まで加熱できる可能性を持つ光である。ペタワットレーザーの加熱は、 強い非線形性を持つ吸収過程と、急峻な圧力勾配を伴う高密度プラズマ中でのエネルギー輸送過程の両者が複雑に絡み合う現象であり、運動論的領域と流体的領域の間のメゾスケール現象と捉えることができる。本研究は、パルス幅ピコ秒のkJ級レーザー(LFEX)とパルス幅フェムト秒の超高強度レーザー(J-Karen-P)の二つの異なる特性を持つペタワットレーザーを使ってメゾスケールの非平衡高エネルギー密度プラズマ物理学を開拓する。本年度は米国リバモア研の世界最高のエネルギーを出力するkJレーザー(NIF-ARC)を利用した粒子加速実験を行い、実験解析と理論構築を行なった。また、J-Karen-Pレーザーの実験では加熱した金薄膜から輻射されるX線を計測し、金プラズマの形成過程や電離状態を解析した。理論・シミュレーション研究では、ペタワットレーザー照射によるレーザー核融合の爆縮プラズマの加熱物理を調べ、レーザーパワーが強い時に熱波が駆動され電子加熱が高速に伝播することを明らかにした。また、臨界密度近傍のプラズマ中を伝播するフェムト秒超高強度レーザーの強度が閾値を超えた時に、自己組織化によりX線の光子衝突構造が作られ、光子衝突による電子・陽電子対生成が効率的に起こることを明らかにした。発生する陽電子のエネルギーや放出角度も予測されており、実験で計測することで、レーザー強度が閾値以上の高強度になっているかの指標にもなり得る。今年度の成果は、宇宙における高温プラズマ形成の謎や高エネルギー粒子加速機構の解明、また、効率的レーザーイオン加速の実現に貢献するものである。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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