2021 Fiscal Year Research-status Report
Study of plasma formation and particle acceleration under strong laser light irradiation
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20K14439
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
岩田 夏弥 大阪大学, 高等共創研究院, 准教授 (70814086)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | プラズマ物理 / 高強度レーザー / 高エネルギー密度科学 / プラズマ粒子加速 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、ペタワット級の大出力高強度レーザーが世界的に開発・運用されている。このようなレーザー光を固体などの物質に照射すると、圧力が1億気圧を超える高温・高密度（高エネルギー密度）の物質状態を実現できる。物質は瞬時に電離してプラズマとなり、相対論的エネルギーの電子が大量に生成され、電磁相互作用や衝突過程を通してプラズマ加熱やイオン加速が進行する。本研究は、これらの複雑過程で起こるプラズマ構造形成と粒子加速機構の関係性を明らかにし、包括的に現象を理解する理論モデルを提示することを目指すものである。
今年度の本研究では、固体に高強度レーザー光を照射した場合に発生する高エネルギー電子の空間分布発展および高エネルギー電子特性に影響を受けるイオン加速について研究を行った。特にこれまで未解明であった長時間の光照射下での高エネルギー電子の運動に着目し、入射レーザー光のスポットサイズが大きい場合には電子がスポット内でランダムウォークを始め、スポット内から逃走する平均速度が遅くなることを発見した。この効果によりエネルギーの流出が抑えられ、プラズマ内部にエネルギーが蓄積される。その結果としてプラズマ膨張速度が増加し高エネルギーイオン加速が起こることがわかった。イオン加速最大エネルギーについて統計的多変量解析によりスケーリング則を導き、さらに高エネルギー密度プラズマからのX線輻射特性についても解析した。これらの成果について学会発表を行い論文３編を発表した。研究成果はプラズマを利用した光量子ビーム生成、制御核融合などの技術につながる基礎的な知見を提供するものであり、宇宙物理などの学術分野にも関連する可能性がある。
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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
本研究は、米国をはじめとする海外の研究者と共同で進めており、当初の計画では米国出張や国際会議への出張を行い、直接議論しながら研究を遂行する予定であった。新型コロナウイルス感染症拡大の影響により昨年度に続いて今年度も予定していた海外出張ができなかったが、オンライン会議システムを活用し１か月に数回のミーティングを継続することで、研究をおおむね順調に進めることができた。その成果として、高強度レーザー光のエネルギー注入下での高エネルギー電子の空間分布の発展に関する理論モデルを構築し、本課題の代表者（岩田）が筆頭著者の国際共著論文を発表した。本論文についてプレスリリースを行い広く成果を発信し、またオンラインで開催の国内学会等で積極的に議論を進めている。また、プラズマ中で起こるイオン加速やX線輻射についても議論し、本研究の課題であるプラズマ構造形成と粒子加速機構の解明に強く関連することを見出し、共同研究を展開し論文の出版に至った。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までの研究では、高強度光照射下でのプラズマ電子の空間的な分布形成について明らかにしてきた。今後は、電子の運動量空間における分布形成に着目し研究を進める。運動量分布は、プラズマ中での電子の散乱・加速機構を反映すると考えられる。予備的な結果として、プラズマが自己生成する電磁場が電子をランダムに散乱するミクロ過程と、電子の運動量分布発展に一定の関係性があることが、簡易的な一次元プラズマ粒子シミュレーションを使った解析により明らかになってきている。今後多次元シミュレーションを含めた解析を進め、理論モデルの構築を目指す。
新型コロナウイルス感染症拡大の影響によって、昨年度および今年度は国内および海外の学会等に出向いて情報交換や成果発表を行うことができなかった。今年度、国内・国際学会等の現地開催が再開されれば、現地で学会に参加し、本研究のこれまでの成果を広く議論するとともに当分野の最新の研究成果や動向について情報収集を行い、本研究課題終了後の研究展開についても考察していく。
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| Causes of Carryover |
旅費について、新型コロナウイルス感染症の影響により、参加を予定していた国際学会および国内学会が延期またはオンライン開催となり、さらに国際共同研究の相手機関（米国）への出張も困難であったため、計上していた金額を使用しなかった。
その他について、新型コロナウイルス感染症の影響により、参加を予定していた国際学会が全て延期またはオンライン開催となったため、参加を取り止めたことにより学会参加費が発生しなかった。また、出版した論文について本研究費からの論文掲載料の支払いが不要となった。以上の理由から次年度使用額が生じた。
繰り越し分は、次年度の国外および国内出張旅費・学会参加費として使用する。また、オンライン会議への参加や大規模シミュレーション実施のための機器・ソフトウェア等の購入に使用する。
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Research Products
(10 results)
