レーザープラズマと電子加速における船首波

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21740302
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: ESIRKEPOV Timur 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (10370363)
• Keywords: 船首波 / プラズマ / レーザー / 相対論的相互作用 / 相対論的自己集束 / 高次高調波発生 / Particle-in-Cell法 / クラスタサーバ

Research Abstract

(1)電子加速に対する船首波励振の影響について、マルチパラメトリックの2D PIC計算と3D PIC計算を使用して調べ、以下のことがわかった。強く集光されたレーザーが電子を横に押しのけ、その結果、船首波が形成される。船首波は、電子を加速する航跡波の静電ポテンシャルを増強する作用がある。
(2)船首波による高次高調波生成の機構をシミュレーションによって調べた。自己集束したレーザーパルスはプラズマの中に電子密度空洞と船首波を生成する。この空洞の壁と船首波が交わる境界で、電子密度が高くなるスパイクが生成される。これは、カスプ・カタストロフに対応している。レーザー場にさらされた電子スパイクが振動することにより高次高調波は作り出される。
電子密度スパイクからの放射はコヒーレント放射であり、放射強度はスパイク中に含まれる電子の数の二乗に比例している。このモデルの妥当性は2D PIC計算と3D PIC計算によって確かめられた。モデルとシミュレーションによって、テラワットレーザーJ-KAREN(JAEA)とAstra-Gemini(RAL、イギリス)の最近の実験で見られたXUVの領域の高次高調波について説明することができた。これにより、この高次高調波生成機構に基づいた、新しいXUV光およびX線源の開発を提案した。
(3)レーザーで駆動される船首波は天体物理学の船首波のモデルである。これは実験室宇宙物理学において有用である。
(4)研究成果は、Physical Review Letters及びProceedings of SPIEの各紙に論文発表した。また、3つの国際会議で口頭発表を行った。

Research Products

• [Journal Article] Soft-X-Ray Harmonic Comb from Relativistic Electron Spikes (2012)
  • Author(s): A.S.Pirozhkov, M.Kando, T.Zh.Esirkepov, P.Gallegos, H.Ahmed, E.N.Ragozin, A.Ya.Faenov, T.A.Pikuz, T.Kawachi, A.Sagisaka, J.K.Koga, M.Coury, J.Green, P.Foster, C.Brenner, B.Dromey, D.R.Symes, M.Mori, K.Kawase, T.Kameshima, Y.Fukuda, L.Chen, I.Daito, K.Ogura, Y.Hayashi, H.Kotaki, H.Kiriyama, H.Okada, N.Nishimori, T.Imazono, K.Kondo, T.Kimura, T.Tajima, H.Daido, P.Rajeev, P.McKenna, M.Borghesi, D.Neely, Y.Kato, S.V.Bulanov
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: Vol.108 Pages: "135004-1"-"135004-5"
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.135004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coherent x-ray generation in relativistic laser/gas jet interactions (2011)
  • Author(s): A.S.Pirozhkov, M.Kando, T.Zh.Esirkepov, J.K.Koga, H.Kiriyama, K.Kondo, H.Daido, P.Gallegos, D.Neely, H.Ahmed, M.Borghesi, E.N.Ragozin, A.Ya.Faenov, T.A.Pikuz, P.McKenna, Y.Kato, S.V.Bulanov
  • Journal Title: Proceedings of SPIE Volume: Vol.8140 Pages: "81400A-1"-"81400A-16"
  • DOI: 10.1117/12.892898
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Fundamental Physics and Relativistic Laboratory Astrophysics with Extreme Power Lasers (2011)
  • Author(s): Timur Esirkepov
  • Organizer: European Conference on Laboratory Astrophysics (ECLA)
  • Place of Presentation: Eurosites-Republique, Paris, France(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-30
• [Presentation] High-Order Harmonics from Bow Wave Caustics Driven by a High-Intensity Laser (2011)
  • Author(s): Timur Esirkepov
  • Organizer: 3^<rd> International Symposium on Laser-Driven Relativistic Plasmas Applied to Science, Energy, Industry, and Medicine
  • Place of Presentation: KPSI, Kizugawa, Japan(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-02
• [Presentation] Proposed experiments for the study of extreme field limits in the ultra-relativistic laser-plasma interaction (2011)
  • Author(s): Timur Esirkepov
  • Organizer: SPIE Optics+Optoelectronics
  • Place of Presentation: Prague Congress Centre, Prague, Czech Republic(招待講演)
  • Year and Date: 2011-04-20
• [Remarks]
  • URL: http://www.jaea.go.jp/02/press2011/p12030201/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://prl.aps.org/supplemental/PRL/v108/i13/e135004