2020 Fiscal Year Research-status Report
Relativistic reconnection experiment using large-scale laser systems
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20K20285
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
坂和 洋一 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (70242881)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福田 祐仁 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (30311327)
森田 太智 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (30726401)
Morace Alessio 大阪大学, レーザー科学研究所, 助教 (70724326)
星野 真弘 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90241257)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 相対論的磁気リコネクション / レーザー宇宙物理学 / 粒子加速 / 協同トムソン散乱計測 / 高出力レーザー / X線自由電子レーザー / X線小角散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁気リコネクションでは、プラズマアウトフローの流速度が磁場強度に比例するアルフベン速度vAまで加速され、強磁場プラズマ中ではvA がほぼ光速となるため、相対論的なリコネクションによる粒子加速がおこる。この相対論的磁気リコネクションの基礎実験として、永久磁石を用いた外部磁場中で、薄膜ターゲットに高出力nsパルスレーザーの激光XII号を照射することによって、生成された電子スケールの磁気リコネクション実験を行なった。プラズマアウトフローの流速度を協同トムソン散乱計測で計測し、電子が加速されていることを明らかにした。また、激光XII号を2つの平板ターゲットに照射することによって、反平行のビヤマン・バッテリー磁場の構造を生成し、磁気リコネクションを発生させた。生成された磁場構造を、高強度psパルスレーザーのLFEXを用いたプロトンバックライト計測で明かにした。
相対論的臨界密度程度のプラズマに高強度レーザーを入射すると励起されるワイベル不安定性によって数 10 kT の自己生成乱流磁気島が発生する。この乱流磁気島による荷電粒子の相対論的磁気リコネクション加速の予備実験として、ワイベル不安定性によって生成されるフィラメント構造（ワイベルフィラメント）の時間・空間発展を理化学研究所の自由電子レーザー（XFEL）を用いたX線小角散乱 (SAXS) によって計測するための基礎実験を行っている。本年は、これまでに取得したロッド集合体ターゲットプラズマの膨張にともなうSAXSスペクトルの時間発展を導出するためのプログラムに改良を加え、より正確な膨張速度の導出が可能となった。
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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
COVID-19の影響で、2020年度に予定されていた激光XII号レーザーと2つのキャパシタコイルターゲットを用いたkT級の準定常強磁場中の磁気リコネクション実験が、2021年度に延期された。そのため2020年度には、電子スケールの磁気リコネクション実験による加速電子計測を行った。また、高出力nsパルスレーザーの激光XII号を平板ターゲットに照射することによって生成された反平行ビヤマン・バッテリー磁場の構造を、高強度psパルスレーザーのLFEXを用いたプロトンバックライト計測で明かにした。さらに、X線フレーミングカメラとMo/Siミラーを用いて、激光XII号で生成された13.5 nmのEUV光の時間発展を計測する手法を確立した。
高強度レーザーを用いた乱流磁気島による荷電粒子の磁気リコネクション加速実験ではインド タタ基礎物理研究所のTIFR500TWレーザーを薄膜ターゲットに照射する事によってワイベル不安定性を励起し、生成される乱流磁場およびフィラメント構造の詳細な時間・空間発展を、プロープレーザーによるコットン・ムートン計測によって明らかにする予定であった。しかし、COVID-19の影響で実験を行うことができなかった。
高強度レーザーを用いてワイベル不安定性を励起し、生成される乱流フィラメント構造の時間・空間発展を、XFELを用いたX線小角散乱 (SAXS) によって計測するための基礎実験を行っている。ロッド集合体ターゲットプラズマの膨張にともなうSAXSスペクトルの時間発展を導出するためのプログラムに改良を加え、より正確な膨張速度の導出が可能となった。また、2021年度のSACLA実験を申請し、採択された。
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| Strategy for Future Research Activity |
kT級の準定常強磁場中の磁気リコネクション実験では、高出力nsパルスレーザーの激光XII号で生成された磁場構造を、高強度psパルスレーザーのLFEXを用いたプロトンバックライト計測で明らかにする。
高強度レーザーを用いた乱流磁気島による荷電粒子の磁気リコネクション加速実験ではインド タタ基礎物理研究所のTIFR500TWレーザーを薄膜ターゲットに照射する事によってワイベル不安定性を励起する。生成される乱流磁場およびフィラメント構造の詳細な時間・空間発展を、プロープレーザーによるコットン・ムートン計測（TIFR500TW）によって明らかにする。また、理化学研究所の高強度レーザーをロッド集合体ターゲットに照射し、プラズマの膨張速度をX線自由電子レーザーを用いたX線小角散乱 (SAXS) によるスペクトルの時間発展から求める。2019年度に開発した3枚のアルミ薄膜を組み合わせたステップフィルターを用いて、ロッド集合体ターゲットの直径、間隔、長さ、本数、等をパラメータとして、詳細な時間発展を観測する。
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| Causes of Carryover |
COVID-19の影響で、2020年度に予定されていた激光XII号レーザーと2つのキャパシタコイルターゲットを用いたkT級の準定常強磁場中の磁気リコネクション実験が、2021年度に延期されたため、実験に必要な経費を2021年度に繰り越して使用することになった。ターゲット製作費や光学計測・プロトンバックライト計測に必要な消耗品の購入を行う予定である。
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