2023 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 |
Principal Investigator |
蔵満 康浩 大阪大学, 大学院工学研究科, 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, 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 (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 |
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・生成されると考えられており、様々な分野で異なった手法で研究されている。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構造を捉えるが、プラズマのミクロなスケールの情報が得られないという問題があった。この様な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。 2023年度は、コロナ中に開発した固体飛跡と機械学習を用いたイオン計測器を台湾での実験に提供した。その機械学習を用いたイオン計測の自動化と高精度化について計測器の国際専門誌に結果を発表した。また2022年度に国内のレーザーを用いて実施した実験で得られたトムソン散乱と誘導コンプトン散乱の多方向からのイメージングと空間分解分光計測データの解析と粒子コードを用いた結果の検証を行った。量子効果が入っていない粒子コードでは実験結果が再現できず、誘導コンプトン散乱の原理実証を後押しする結果が得られた。イオンラジオグラフ計測を用いた衝撃波の電磁場計測ため、輻射流体シミュレーションと高解像度流体シミュレーションを行った。また、阪大レーザー研の非相対論パルスと相対論パルスを同時に用いた統合実験を引き続き行なった。イオン検出器を高効率化・高精度化するため、畳み込みニューラルネットワークを用いた解析手法を確立し、国際誌に発表した。イオンラジオグラフによる電磁場の再構築について、引き続き台湾側の共同研究者と連携して開発中である。また、ニューラルネットワークを用いたイオン加速の最適化について粒子コードを用いて検証し、専門誌に発表した。
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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
2023年度はコロナの影響もなくなり、コロナ中に行った国内のレーザーを使った国際共同研究と要素技術についてオンサイトでの議論と論文化を行った。国際ワークショップを2回開催し、議論した結果を3遍の国際論文にまとめ発表した。2023年11月には、台湾側の予算で台湾嘉義市で開催されたFirst annual meeting of CHiPに招かれ、本研究の成果発表を行った。また、同時に国立中央大学の共同研究者との成果の共有と今後の実験計画を議論し、日本側で開発したイオン計測手法について情報共有し100 TWレーザー実験に導入した。2023年度の成果は、上述の論文と国際会議発表に加え、複数の国際会で、理論・シミュレーションやAIを使った実験デザインとデータ処理、さらに国内のレーザーを用いた要素実験について、若手が発表し、論文を投稿中である。高強度レーザーを用いた誘導コンプトン散乱の原理実証実験と数値シミュレーションを用いた実験の検証については、2024年度の国際会議で発表し専門誌に投稿予定である。二流体プラズマ系を独立なイオンビームでラジオグラフする実験を引き続き行い、衝撃波や不安定性に起因すると考えられる波動状のイメージの計測に成功している。本結果も国際会議で発表しており、2024年度中に論文化する予定である。
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Strategy for Future Research Activity |
コロナ禍も終わり自由に台湾に渡航できるようになっており、2024年度も、台湾国立中央大学の多数ビーム高繰り返し高強度レーザーを用いた実験行う予定である。これまで国内の高繰り返し高強度レーザーを用いたイオン加速と計測器開発を行い、そのための理論・シミュレーションによる実験条件の最適化等を行ってきた。その結果を論文にまとめ発表してきた。大型装置ではできない柔軟な実験を台湾のレーザーを用いて実験していく予定である。またAIを用いたイオン計測器の高速化と高精度化については、共同研究者が国立成功大学にスタッフとして移動したことから、成功大学でも新たに共同研究が広がりつつある。AIの専門家を共同研究者に迎え、これまでにプラズマ中の2次元ベクトル電場と磁場の分離が可能になっている。今後はこの手法を3次元に拡張し、レーザー実験で得られたイオン飛跡の情報を用いて航跡場の再構築を行う。
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Causes of Carryover |
本共同研究は台湾でも高く評価されており、相手機関の国立中央大学は比較的大きな国際共同研究の予算がついている。今年度も先方予算で渡航・共同研究を行ったため未使用が生じた。2024年度は未使用額を用いて台湾での実験を遂行する。
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[Presentation] 波形整形レーザーを用いた中実球の高効率圧縮2023
Author(s)
瀧澤龍之介 , 長友英夫 , 有川安信 , 森田大樹 , 敦近原 , 前川珠貴 , 築道拓実 , King Fai Farley Law , 片桐健登 , 尾崎典雅 , 弘中陽一郎 , 重森啓介 , 藤域淳平, 安部勇輝 , 羽原英明 , 蔵満康浩 , 城崎知至 , 坂上仁志 , 中井光男 , 白神宏之 , 兒玉了祐 , 千徳靖彦 , 藤岡慎介
Organizer
日本物理学会第78回年次大会(2023年)
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[Presentation] 高エネルギーレーザー生成プラズマにおける磁気リコネクションの加熱・加速の直接計測とパラメータ依存性の検証2023
Author(s)
森田太智, 村本裕耶, 前之園凱夫, 金定功樹, 松清修一, 諌山翔伍, 忍田昂太郎, 松尾涼人, 児島拓仁, 東力也, 高橋健太, 山崎了 , 田中周太 , 相原研人 , 佐藤雄飛 , 塩田珠里 , 城所佑 奈 , 矢倉彰真 , 坂和洋一 , 江頭俊輔 , 前田亘佑 , 鈴木悠斗 , 花野正浩 , 蔵満康浩 , 富田健太郎 , Yimin Pan , 竹崎太智 , 小口拓哉 , 枝本雅史 , 境健太郎
Organizer
日本物理学会第78回年次大会(2023年)
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[Presentation] レーザープラズマを用いた磁気リコネクション実験におけるプラズマ加速と磁場変化の直接計測2023
Author(s)
村本裕耶, 森田太智, 前之園凱夫, 金定功樹, 松清修一, 諌山翔伍, 忍田昂太郎, 松尾涼人, 児島拓仁, 東力也, 高橋健太, 山崎了 , 田中周太 , 相原研人 , 佐藤雄飛 , 塩田珠里 , 城所佑 奈 , 矢倉彰真 , 坂和洋一 , 江頭俊輔 , 前田亘佑 , 鈴木悠斗 , 花野正浩 , 蔵満康浩 , 富田健太郎 , Yimin Pan , 竹崎太智 , 小口拓哉 , 枝本雅史 , 境健太郎
Organizer
日本物理学会第78回年次大会(2023年)
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[Presentation] レーザーイオン加速実験における多層シンチレータを用いた高エネルギーイオン計測2023
Author(s)
安井稔遥, 安部勇輝, 郡英輝 , 時安敦史 , 金崎真聡 , 田中周太 , 諌山翔伍 , 南卓海, 境健太郎, 浅井孝文 , 田口智也, 姫野公輔, 小田和昌, 鈴木蒼一郎, 二階堂颯佳, 倉本恭誓, 酒井優 一, 田中崇寛, ZechenLan, 余語覚文, 小平聡 , 早川岳人 , 福田祐仁 , 蔵満康浩
Organizer
日本物理学会第78回年次大会(2023年)
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[Presentation] RFフォームターゲットを用いたプロトンの航跡場加速の実証2023
Author(s)
諌山翔伍, 安部勇輝 , 蔵満康浩 , 南卓海 , 境健太郎 , 田口智也 , 小田和昌 , 鈴木蒼一朗 , 二階堂颯佳 , 倉本恭誓 , 安井稔遥 , 酒井優一 , 兼安祐実 , 山ノ井航平 , 福田祐 仁 , 今亮 , 桐山博光 , 近藤康太郎 , 陳仕宏 , 金崎真聡 , 浅井孝文 , 田中周太 , 小平聡 , 時安敦史 , 郡英輝
Organizer
日本物理学会第78回年次大会(2023年)
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[Presentation] 高強度レーザーとクラスターターゲットとの相互作用におけるプラズマミラーの効果2023
Author(s)
福田祐仁, 浅井孝文 , 鍛治賢志 , 田邉寛之 , 井上千裕 , 望月政一郎 , 尾崎玲於奈 , 豊永啓太 , 前川馨 , 安井稔遥 , 倉本恭誓 , 酒井優一 , 田中崇寛 , 小田和昌 , 鈴木蒼一 郎 , 二階堂颯佳 , 田口智也 , 姫野公輔 , 境健太郎 , 南卓海 , 蔵満康浩 et al.
Organizer
日本物理学会第78回年次大会(2023年)
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[Presentation] 機械学習を用いたレーザー加速高エネルギーイオンのエッチピット画像解析2023
Author(s)
南卓海 , 田口智也 , 二階堂颯佳 , 境健太郎 , 鈴木蒼一郎 , 玉城直也 , 安部勇輝 , C.M.Chu , K.T.Wu , Y.T.Liao , W.Y.Woon , 蔵満康浩 et al.
Organizer
日本物理学会第78回年次大会(2023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(6):2022年度までの進捗状況2023
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, 大林花織, 塩田珠里, 高田敦也, 松井啓一郎, 城所佑奈, 鈴木俊輔, 蔵満康浩 et al.
Organizer
日本物理学会第78回年次大会(2023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(8):パルス磁場装置開発2023
Author(s)
竹崎太智, 小口拓哉, 松山隼, 重田宗明, 伊藤弘昭, 山崎了, 田中周太, 大林花織, 塩田珠里, 矢倉彰真, 近藤颯, 松清修一, 森田太智, 諌山翔伍, 坂和洋一, 佐野孝好, 蔵満康浩, 南卓海, 江頭俊輔, 富田健太郎, Yimin Pan, 太田雅人, 境健太郎, 枝本雅史
Organizer
日本物理学会第78回年次大会(2023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(9):衝撃波の長時間発展と数値シミュレーションの比較2023
Author(s)
諌山翔伍, 忍田昂太郎, 松清修一, 森田太智, 長野鉄矢, 古川将大, Luo Haoyang, 松尾涼人, 児島拓仁, 東力也, 高橋健太, 中山学, 前之園凱夫, 村本裕耶, 金定功樹, 山崎了 , 田中周太, 大林花織 , 塩田珠里 , 矢倉彰真 , 近藤颯 , 坂和洋一 , 佐野孝好 , 蔵満康浩 et al.
Organizer
日本物理学会第78回年次大会(2023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(10):衝撃波遷移領域における不安定性の直接計測と同定2023
Author(s)
前之園凱夫, 森田太智, 松清修一, 諌山翔伍, 松尾涼人, 児島拓仁, 村本裕耶, 金定功樹, 長野鉄矢, 古川将大, Luo Haoyang, 東力也, 高橋健太, 忍田昂太郎, 中山学, 山崎了 , 田中周太, 大林花織 , 塩田珠里 , 矢倉彰真 , 近藤颯 , 坂和洋一 , 佐野孝好 , 蔵満康浩 et al.
Organizer
日本物理学会第78回年次大会(2023年)
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[Presentation] 高強度レーザーを用いたプロトンの航跡場加速2023
Author(s)
諌山 翔伍, 蔵満 康浩, 安部 勇輝, 南 卓海, 境 健太郎, 田口 智也, 小田 和昌, 鈴木 蒼一朗, 二階堂 颯佳, 倉本 恭誓, 安井 稔遥, 酒井 優一, 兼安 祐実, 山ノ井 航平 , 福田 祐仁, 今 亮, 桐山 博光, 近藤 康太郎, 陳 仕宏, 金崎 真聡, 浅井 孝文, 田中 周太, 小平 聡, 時安 敦史, 郡 英輝
Organizer
第40回プラズマ・核融合学会年会
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[Presentation] 高エネルギー密度プラズマを用いた磁気リコネクションの実験研究2023
Author(s)
森田太智, 村本裕耶, 前之園凱夫, 金定功樹, 尾川知也, 松尾涼人, 児島拓仁, 松清修一, 諌山翔伍, 忍田昂太郎, 中山学, 佐藤弓真, 高橋佳夏, 東力也, 高橋健太, 山崎了,田中周太, 蔵満康浩 et al.
Organizer
第40回プラズマ・核融合学会年会
Invited
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[Presentation] Optimization of laser-driven quantum beam generation and the applications with artificial intelligence2023
Author(s)
Y. Kuramitsu, C.S. Jao, Y.C. Chen, Y.L. Liu, S. Isayama, N. Saura, T. Taguchi, F. Nikaido, S. Soichiro, T. Minami, K. Sakai, K. Oda, K. Kuramoto et al.
Organizer
4th International Conference on Data-Driven Plasma Science (ICDDPS-4)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Machine learning based analysis of etch pits on CR-39 detector for laser ion acceleration experiments2023
Author(s)
T.Minami, T.Taguchi, F.Nikaido, K.Sakai, S.Soichiro, N.Tamaki, Y.Abe, C.M.Chu, K.T.Wu, Y.T.Liao, W.Y.Woon, Y.Kuramitsu et al.
Organizer
3rd Workshop on Artificial Intelligence in Plasma Science (WAIPS-3)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 高強度レーザーを用いた宇宙線加速機構の解明に向けた研究2023
Author(s)
S.Isayama, T.Sano, K.Takahashi and S.Matsukiyo, Y.Kuramitsu, Y.Abe, M.Takumi, K.Sakai Y.Kaneyasu, K.Yamanoi, Y.Fukuda, A.Kon et al.
Organizer
光・量子ビーム科学合同シンポジウム2023(OPTO2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] グラフェンとLFEXレーザーを用いたイオン加速2023
Author(s)
T. Minami, T. Taguchi, F. Nikaido, K. Sakai, S. Suzuki, N. Tamaki, Y. Abe, C.M. Chu, K.T. Wu, Y.T. Liao, W.Y. Woon, Y. Kuramitsu et al.
Organizer
光・量子ビーム科学合同シンポジウム2023(OPTO2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Exploring energy frontier in laser-driven ion acceleration with largearea suspended graphene with the aid of machine learning2023
Author(s)
Y. Kuramitsu, T. Minami, T. Taguchi, F. Nikaido, S. Soichiro, N. Tamaki, K. Sakai, K. Oda, K. Kuramoto, K. Ibano, S. Hamaguchi, Y. Abe et al.
Organizer
The 79th Fujihara Seminar(PHFS2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Proof-of-principle experiment of induced Compton scattering: a laser-plasma interaction around extreme astrophysical objects2023
Author(s)
Shuta J.Tanaka, R.Yamazaki, Y.Kuramitsu, Y.Abe, T.Minami, K.Sakai, K.Himeno, T.Taguchi, K.Oda, S.Suzuki, F.Nikaido, K.Kuramoto, Y.Sakai, T.Yasui, T.Tanaka, et al.
Organizer
The 79th Fujihara Seminar(PHFS2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Magnetic reconnection in laser-produced electron-magnetized plasmas2023
Author(s)
K. Sakai, T. Moritaka, T. Morita, K. Tomita, T. Minami, M. Ota, S. Egashira, Y. Sakawa, T. Takezaki, R. Yamazaki, S. J. Tanaka, M. Koenig, B. Albertazzi, P. Mabey, N. Woolsey, S. Matsukiyo, H. Takabe, M. Hoshino, R. Yasuhara, and Y. Kuramitsu
Organizer
International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications 2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] The Development of a short pulse point neutron source with high intensity laser and a spherical shell target2023
Author(s)
Ryota MATSUURA, Yuki ABE, Alessio MORACE, Jinyuan DUN, Ryunosuke TAKIZAWA, Yasunobu ARIKAWA, Takumi MINAMI, Yuji FUKUDA, Hideaki HABARA, Yasuhiro KURAMITSU, Shinsuke FUJIOKA and Zhe ZHANG
Organizer
International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications 2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Monodirectional-drive spherically convergent plasma fusion for ultrashort-pulse point neutron sources2023
Author(s)
Yuki ABE, Ryota MATSUURA, Alessio MORACE, Jinyuan DUN, Ryunosuke TAKIZAWA, Yasunobu ARIKAWA, Takumi MINAMI, Yuji FUKUDA, Hideaki HABARA, Yasuhiro KURAMITSU, Shinsuke FUJIOKA and Zhe ZHANG
Organizer
International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications 2023
Int'l Joint Research