Elucidation of a Novel Ion Heating Mechanism Utilizing the Characteristics of Whistler Waves and Its Application Development

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K03500
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14010:Fundamental plasma-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Sano Takayoshi 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (80362606)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 千徳 靖彦 大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (10322653)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ホイッスラー波 / レーザープラズマ / 磁気圏プラズマ / プラズマ粒子加速

Outline of Final Research Achievements

Acceleration and heating of plasmas by electromagnetic waves are essential processes in laboratory laser experiments and various astronomical phenomena. In this study, we show through numerical simulations and theoretical analysis that standing waves created by whistler waves can be a precious physical process that can lead to relativistic electron acceleration and the generation of fusion plasmas. Although very simple, focusing on this conventionally overlooked effect has opened up many applications.

Free Research Field

プラズマ物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

実験室プラズマとしては、従来困難であったレーザーによるイオン加熱を、電子に邪魔されることなく実現でき、到達温度が数10電子ボルトの核融合プラズマを直接生成することを示した。これは、全く新しいレーザー核融合方式になりうるものである。また、天体応用としては、近年話題の高速電波バーストとよばれるパルス的な発光現象の起源の絞り込みに寄与できる。伝播特性を明らかにすることで、未知の天体現象の解明に今後さらに迫っていけると期待している。