2020 Fiscal Year Research-status Report
Intrinsic dynamics of collisionless shocks and nonthermal particle acceleration
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20KK0064
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
蔵満 康浩 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70456929)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松清 修一 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (00380709)
岩本 昌倫 九州大学, 総合理工学研究院, 特別研究員(PD) (00888810)
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)
田中 周太 青山学院大学, 理工学部, 助教 (50726841)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2025-03-31
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| Keywords | 宇宙線 / 無衝突衝撃波 / 高強度レーザー / 航跡場 / イオン加速 / トムソン散乱 / コンプトン散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙空間に広く存在する高エネルギー粒子、宇宙線は、希薄なプラズマ中の衝撃波を介して加速されると考えられている。様々な分野で異るアプローチから研究されており、例えば天文学では、遠方の天体を撮像することで衝撃波のマクロな構造を捉える。しかし、マクロな撮像からはプラズマのスケールのミクロな情報が得られないという問題があった。この様な直接観測できない宇宙の現象を実験室で模擬するのが実験室宇宙物理であり、本研究では、台湾国立中央大学の多数ビーム高繰り返しの高強度レーザーであるNCU 100TWレーザーを用いて、非相対論から相対論、および量子力学的効果が本質的な領域まで対象を広げ、衝撃波のダイナミクスと粒子加速を研究する。初年度は、主要な計測器の基礎となる理論の確立、数値計算を用いたその証明、さらにそれを用いた計測器を含む実験のデザインを行なった。
トムソン散乱を用いた二流体プラズマの計測のため、非平衡系のトムソン散乱理論を構築し、低強度プローブレーザーを用いた計測に応用予定である。これまで協動トムソン散乱電子項について、非平衡系の理論とシミュレーション、および実験による検証を行なってきた。現在はイオン項についての非平衡系の理論の構築と数値シミュレーションを用い、理論の妥当性の評価を行なっている。同時に高強度短パルスレーザーを用いたトムソン散乱も国内のレーザーを用いて開発している。これまでの理論は、時間の定常性が仮定されているめ、時間に依存する理論を展開する必要がある。
イオンを用いた衝撃波の電磁場計測ため、粒子コードを用いたシミュレーションと、イオン検出器を高効率化・高精度化するため、高速高分解能のデジタルマイクロスコープを用いたデータの取得、さらにAIを用いた解析手法を開発している。
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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
当初の予定では、台湾国立中央大学での実験と打合せを予定していたが、新型コロナウィルスの影響で渡航が難しい状況である。海外の施設を使った実験による国際共同研究の実施には、まさに試練の時である。1年前の時点で、1年後は状況が改善しているだろうとの楽観的な見方もあったが、現状では第２波、３波、４波と治るどころか、感染の山も大きくなってきている。状況が改善した場合の現地での実験も準備しつつ、理論・シミュレーションやAIを使った実験データの処理、計測器の開発、さらに国内のレーザーを用いた要素実験と大型レーザーを用いた実験を行なっている。渡航制限を除けば、プロジェクトは順調に推移している。
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| Strategy for Future Research Activity |
上に述べたように、台湾国立中央大学の多数ビーム高繰り返しレーザーを用いた実験が、本研究の肝であるが、コロナウィルスの状況から先行きは依然として不透明である。国内の小規模のレーザーを用いた要素実験を行いつつ、理論・シミュレーションによるその検証と最適化、またAIを用いたイオン計測器の高速化と高精度化、さらにそれらを用いたNCUでの実験のデザインとセットアップを進める。また、大型装置を用いた実験についても、今年度から来年度にかけて行う予定である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの影響で、予定していた台湾国立中央大学での実験・打合せが行えなかったため。渡航制限が解除され次第、台湾での実験を遂行するが、状況が改善しない場合は、国内での要素実験に切り替える。
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Research Products
(20 results)
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[Presentation] Experimental design for ion stopping power in dense plasmas2021
Author(s)
A. Morace, D. Margarone, P. Nicolai, D. Batani, T. Ma, D. Marisca, Y. Abe, Y. Arikawa, S. Fujioka, L. Volpe, S. Malko, Y. Fukuda, Y. Johzaki, Y. Kuramitsu, D. Raffestin, L. Giuffrida
Organizer
日本物理学会第76回年次大会（2021年）
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[Presentation] 大型レーザー激光XII号を用いた磁化プラズマ中を伝播する無衝突衝撃波の生成実験(4)：2019-2020年度の進捗状況2021
Author(s)
山崎了, 田中周太, 河村有志郎, 正治圭崇, 冨谷聡志, 遠田裕史, 宮田親, 石坂夏槻, 角地真, 瀬井柊人, 河村璃子, 杉山慧, 鈴木大介, 相原研人, 神林荘汰, 佐藤雄飛, 椎名遼, 坂和洋一, 佐野孝好, 太田雅人, 江頭俊輔, 中川義治, 石原大樹, 倉本織羽乃, 松本雄志郎, 蔵満康浩, et al.
Organizer
日本物理学会第76回年次大会（2021年）
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[Presentation] 大型レーザー激光XII号を用いた磁化プラズマ中を伝播する無衝突衝撃波の生成実験(5)：2019年度の実験結果と理論的解釈2021
Author(s)
田中周太, 山崎了, 河村有志郎, 正治圭崇, 冨谷聡志, 遠田裕史, 宮田親, 石坂夏槻, 角地真, 瀬井柊人, 河村璃子, 杉山慧, 鈴木大介, 相原研人, 神林荘汰, 佐藤雄飛, 椎名遼, 坂和洋一, 佐野孝好, 太田雅人, 江頭俊輔, 中川義治, 石原大樹, 倉本織羽乃, 松本雄志郎, 蔵満康浩,et al.
Organizer
日本物理学会第76回年次大会（2021年）
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[Presentation] 高強度レーザーを用いた無衝突衝撃波によるイオン加速2020
Author(s)
中川義治,泉智大,太田雅人, 江頭俊輔, Alessio Morace, 南卓海,檜原崇正, 境健太郎, 西本貴博, 高野晟輝, 蔵満康浩,金崎真聡, 浅井孝文, 中川貴斗, 坂本渓太,清水和輝,神野智史, A. Mcllvenny, O. McCusker, M. Borghesi, 近藤康太郎, A. S. Pirozhkov, 桐山博光, M. A. Alkhimova , T. Pikuz , 福田祐仁,坂和洋一
Organizer
日本物理学会2020秋季大会
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[Presentation] Relativistic ion acceleration with nanostructure targets supported by large-area suspended graphene2020
Author(s)
Y. Kuramitsu, T. Minami, T. Hihara, K. Sakai, T. Nishimoto, M. Takano, H. Habara, S. Isayama, Y. Sakawa, A. Morace, S. Egashira, M. Ota, Y. Nakajima, M. Kanasaki, T. Nakagawa, T. Asai, K. Sakamoto, K. Shimizu, K. Oda, T. Yamauchi, Ko. Kondo, H. Kiriyama, S.Jinno, S.H. Chen, Y.T. Liao, W.Y. Woon, Y. Fukuda
Organizer
日本物理学会2020秋季大会
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[Presentation] SACLAを用いたサブミクロンロッド集合体ターゲットのX 線小角散乱実験2020
Author(s)
太田雅人, Melanie Rodel, 江頭俊輔, 泉智大,中川義治, Tatiana Pikuz, Alexander Pirozhkov, Alejandro Laso Garcia, Alessio Morace, 南卓海, 堺健太郎,福山祐司,前田優斗, 遠藤康平,新田蒼真, 渡邊喜一郎, Bruno Albertazzi, Michel Koenig, 藪内俊樹,冨樫格,犬伏雄一, 末田敬一,松岡健之,尾崎典雅,上原直希,松井隆太郎, 蔵満康浩,et al.
Organizer
日本物理学会2020秋季大会
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[Presentation] Acceleration of high charged Au ions by irradiating ultra-intense laser on ultra-thin gold foil suspended on large-area suspended graphene target2020
Author(s)
T. Minami, H. Habara, T. Hihara, K. Sakai, M. Takano, T. Nishimoto, W. Y. Woon, Y. T. Liao, Y. Fukuda, H. Kiriyama, Ko. Kondo, Y. Sakawa, A. Morace, S. Egashira, M. Ota, T. Izumi, T. Morita, M. Takagi, M. Kanasaki, T. Asai, S. Jinno, Y. Kuramitsu
Organizer
日本物理学会2020秋季大会
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