Study of plasma formation and particle acceleration under strong laser light irradiation

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14439
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 14010:Fundamental plasma-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Iwata Natsumi 大阪大学, 高等共創研究院, 准教授 (70814086)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 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

Outline of Final Research Achievements

Petawatt-class high intensity lasers enable creation of high energy density plasmas in laboratory. In this research, we conducted theoretical and simulation studies to understand the plasma dynamics under the intense laser light, especially focusing on the connection between microscopic laser absorption/electron acceleration processes and macroscopic motion of the plasma including ions. We clarified that under over-picosecond laser irradiation, a statistical nature of electron motion affects the development of self-generated electromagnetic field in the plasma, and as a result, ion maximum energy and energy conversion efficiency from laser to fast ions are enhanced. This result provides basic understanding of physics related to applications such as particle beam generation and nuclear fusion.

Free Research Field

プラズマ物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果は、「高強度の光からのエネルギー注入がある系で、プラズマがどのような定常状態へと構造発展するのか」という学術的問いに答えるものであり、非平衡開放系としてのプラズマの物理の一端を解明したという学術的意義がある。また、本研究で得られた知見は、レーザー生成プラズマを利用した光量子ビーム源とプラズマ計測や非破壊検査、医療への応用、さらには制御核融合の実現など様々な技術発展の基礎として、社会に貢献するものである。