2022 Fiscal Year Annual Research Report
Relativistic reconnection experiment using large-scale laser systems
| Project/Area Number |
20K20285
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
坂和 洋一 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (70242881)
|
|---|
| 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 (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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| 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 / プロトンバックライト計測 |
|---|
| 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が磁場強度に比例するアルフベン速度vA程度となるため、強磁場プラズマ中ではvA がほぼ光速となり、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、2つのキャパシタコイルターゲット (CCT) に高出力激光XII号レーザーを照射する事によって得られる100T 級の反平行強磁場を用いた磁気リコネクション実験を行なった。加速された電子のエネルギースペクトルを計測し、対照実験として行なった100T 級の平行強磁場配位での結果と比較を行った。またCCTに流れるコイル電流と磁気リコネクションによって生成されるリコネクション電流の時間発展計測を目的として、高強度レーザーのLFEXを用いたプロトンバックライト計測を行った。さらに、プラズマの温度・密度・流速をプローブレーザーを用いた協同トムソン散乱計測によって求めた。
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し、これによる荷電粒子の相対論的磁気リコネクション加速がシミュレーションによって示されている。この不安定性によって生成されるワイベルフィラメント構造の時間・空間発展をX線自由電子レーザー (XFEL)を用いたX線小角散乱 (SAXS) によって計測するための予備実験として、直径と間隔がそれぞれ0.5と1.0 umのロッド集合体ターゲットに高強度レーザーを照射してワイベルフィラメントを模擬した3次元構造のプラズマを生成した。遅延時間の後にXFELを照射してSAXSによってプラズマ膨張にともなう散乱光のフーリエスペクトルの時間発展を計測して膨張速度を求め、バルクプラズマの電子温度Teを導出した。粒子シミュレーションによってこの膨張の物理課程を明らかにした。
|
