超高強度レーザーを用いた電子・陽電子プラズマ生成に関する研究

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24244095
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中井 光男 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 教授 (70201663)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長友 英夫 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 准教授 (10283813) ; 高部 英明 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 教授 (20150352) ; 西村 博明 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 教授 (60135754) ; 近藤 公伯 独立行政法人日本原子力研究開発機構, その他部局等, 研究員 (80225614)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: プラズマ物理 / 対生成 / 相対論的プラズマ物理 / 超高高度レーザー

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、本計画の最終年度であり、当初計画では、LFEXレーザーを用いた照射実験と計算機コードを用いた解析によって電子・陽電子生成のための最適条件を明らかにする予定であった。計画通りのレーザー照射実験を実施することは、できなかったが、以下の通り、ほぼ予定とおりの成果が得られている。
１．電子・陽電子ジェット生成実験
大型のレーザー装置LFEXを用いて、互いに交差する電子・陽電子ジェットを生成し、相互作用を調べるためには、プラズマ鏡を用い集光系を開発する必要があった。昨年度までに、プラズマ鏡に必要なレーザー照射条件を明らかにし、それに基づいて、回転楕円体鏡の設計を完了した。本年度は、計画とおり、プラズマ鏡保持装置などのターゲット照射システムを開発し、球面鏡を用いたターゲット照射実験を実施した。本年度の実験では、電子・陽電子kジェット生成にまでは至らなかったが、生成される電子、イオンのエネルギースペクトルを観測、プラズマ鏡の導入効果が確認された。マルチチャネルγ線検出器の開発については、所望のエネルギー分解能を達成できる結晶シンチレーターとしてCsI:Tlを採用し、多チャンネルのエネルギー分解計測システムを設計した。1mm厚のCsI:Tlシンチレーターアレーを作成、放射線源を用いてシンチレーターアレーのエネルギー分解能を評価した。
２．理論的な解析では、より高強度のレーザー照射下で放射の反作用を電子の運動方程式に安定に取り込む新たな手法を見いだした。また、幾何形状を反映した最適化を実施するには、超高強度レーザー照射に依る磁場生成とそれを用いた電子・陽電子ジェットの制御が、不可欠との判断で、MHD化した輻射流体シミュレーションコードを用いた解析の可能性を示した。これらの成果によって、今後の具体的な電子・陽電子プラズマ生成の最適化を行うための基本的な準備が整った。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Self-generated magnetic dipoles in weakly magnetized beam-plasma system (2015)
  • Author(s): Q. Jia, K. Mima, H. Cai, T. Taguchi, H. Nagatomo, X. T. He.
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 91 Pages: 023107-1-7
  • DOI: 10.1585/pfr.9.1404118
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高強度レーザーを用いた光核反応中性子発生 (2015)
  • Author(s): 中井光男 , 有川安信 , 宇津木 卓, 西村博明, 宮永憲明, 疇地宏, Hui Chen
  • Journal Title: レーザー研究 Volume: 43 Pages: 98-102
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Energy transportation by MeV hot electron in fast ignition plasma driven with LFEX PW laser (2014)
  • Author(s): Z. Zhang, H. Nishimura, T. Namimoto, S. Fujioka, Y. Arikawa, H. Nagatomo, M. Nakai,T. Ozaki, M. Koga, T. Johzaki, A. Sunahara, H. Chen, J. Park, G.J. Williams, H. Shiraga, S. Kojima, M. Nishikino, T. Kawachi, H. Hosoda, Y. Okano, N. Miyanaga, J. Kawanaka, Y. Nakata, T. Jitsuno, H. Azechi
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 9 Pages: 1404118-1-4
  • DOI: 10.1585/pfr.9.1404118
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Stabilization of radiation reaction with vacuum polarization (2014)
  • Author(s): K. Seto, S. Zhang, J. Koga, H. Nagatomo, M. Nakai, K. Mima
  • Journal Title: Prog. Theor. Exp. Phys. Volume: 2014 Pages: 043A01-1-11
  • DOI: 10.1093/ptep/ptu031
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Photonuclear reaction based high-energy x-ray spectrometer to cover from 2 MeV to 20 MeV (2014)
  • Author(s): S. Sakata, Y. Arikawa, S. Kojima, T. Ikenouchi, T. Nagai, Y. Abe, H. Inoue, A. Morace, M. Utsugi, R. Kato, H.Nishimura, M. Nakai, H. Shiraga, S. Fujioka, H. Azechi
  • Journal Title: Review of Science Instruments Volume: 85 Pages: 11D629-1-3
  • DOI: 10.1063/1.4893943
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Accuracy of Compton X-ray Spectrometer Evaluated with Bremsstrahlung X Rays Generated by 6 MeV electron bunch (2014)
  • Author(s): S. Kojima, Y. Arikawa, Y. Nishimura, H. Togawa, Z. Zhang, T. Ikenouchi,T. Ozaki, A. Morace, T. Nagai, Y. Abe, S. Sakata, H. Inoue, M. Nakai, H. Nishimura, H. Shiraga, R. Kato, S. Fujioka, H. Azechi
  • Journal Title: Review of Science Instruments Volume: 85 Pages: 11D634-1-3
  • DOI: 10.1063/1.3272789
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of the High Energy Bremsstrahlung X-Ray Spectrometer by Using (γ, n) Reaction (2014)
  • Author(s): S. Sakata, Y. Arikawa, S. Kojima, Y. Abe, T. Nagai, H. Inoue, R. Kato, H. Nishimura, M. Nakai, H. Shiraga, H. Azechi
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research (SPECIALISSUE. 3) Volume: 9 Pages: 4404112-1-3
  • DOI: 10.1585/pfr.9.4404112
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of Compton X-ray spectrometer for fast ignition experiment (2014)
  • Author(s): S. Kojima, Y. Arikawa, T. Ikenouchi, T. Nagai, Y. Abe, S. Sakata, H. Inoue, T. Namimoto, S. Fujioka, M. Nakai, H. Shiraga, T. Ozaki, M.R. Asakawa, R. Kato, H. Azechi
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research (SPECIALISSUE. 3) Volume: 9 Pages: 4405109-1-5
  • DOI: 10.1585/pfr.9.4405109
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 高速点火の爆縮による外部磁場制御 (2015)
  • Author(s): 長友英夫、朝比奈隆志、城﨑知至、砂原淳、坂上仁志、佐野孝好、Zhang The、Alessio Morace、藤岡慎介、三間圀興
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学早稲田キャンパス, 東京都
  • Year and Date: 2015-03-24
• [Presentation] LFEXスポットサイズ計測のための可視散乱光計測器の開発 (2015)
  • Author(s): 側貴行，有川安信，長井隆浩，小島完興，Alessio Morace，坂田匠平，井上裕晶，宇津木卓，安部勇輝，松尾一輝，戸崎翔太，余語覚文，藤岡慎介，西村博明，中井光男，疇地宏
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学早稲田キャンパス, 東京都
  • Year and Date: 2015-03-24
• [Presentation] プラズマミラーを用いた高速点火核融合高速電子発生 (2015)
  • Author(s): 有川安信，小島完興，藤岡慎介，Alessio Morace，側貴行，坂田匠平，余語覚文，Zhe Zhang，時田茂樹，池之内孝仁，長井隆浩，安部勇輝，宇津木卓，李昇浩，井上裕晶，田口雄基，松尾一輝，戸崎翔太，畑昌育，長友英夫，(中１３名）,近藤公伯D，西村博明，白神宏之，中井光男，疇地宏
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学早稲田キャンパス, 東京都
  • Year and Date: 2015-03-24
• [Presentation] Quantitative x-ray spectroscopy for energy transport in fast ignition plasma driven with LFEX PW laser (2015)
  • Author(s): H. Nishimura, Z. Zhang, T. Ikenouchi, S. Fujioka, Y. Arikawa, M. Nakai, H. Chen, J. Park, G. J. Williams, T. Ozaki, H. Shiraga, S. Kojima, H. Hosoda, N. Miyanaga, J. Kawanaka, Y. Nakata, T. Jitsuno, H. Azechi
  • Organizer: Joint ICTP-IAEA School and Workshop on Modern Methods in Plasma Spectroscopy
  • Place of Presentation: International Center for Theoretical Physics, Trieste, Italy
  • Year and Date: 2015-03-23
• [Presentation] 輻射流体コードのMHD化 (2014)
  • Author(s): 長友英夫，朝比奈隆志，佐野孝好，砂原淳，城崎知至，坂上仁志
  • Organizer: 第28回数値流体力学シンポジウム
  • Place of Presentation: タワーホール船堀, 東京都
  • Year and Date: 2014-12-09
• [Presentation] The development of laser-driven intensity neutron generation by using photonuclear reaction (2014)
  • Author(s): M. Utsugi, Y. Arikawa, S. Kojima, T. Ikenouchi, S. Tosaki, A. Yogo, A. Morace, S. Inoue, K. Teramoto,H. Nakajima, M. Hashida, S. Sakabe, Y. Otake, K. Mima, S. Fujioka, M. Nakai, H. Nishimuram H. Azechi
  • Organizer: PLASMA Conference 2014
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ、新潟
  • Year and Date: 2014-11-20
• [Presentation] Numerical simulation of Laser Plasma under the Strong Magnetic Field (2014)
  • Author(s): H. Nagatoma, T. Asahina, T. Johzaki, A. Kunahara, Z. Zhang, S. Fujioka, T. Sano, K. Mima
  • Organizer: PLASMA Conference 2014
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ、新潟
  • Year and Date: 2014-11-20
• [Presentation] Dynamics of “Dress of Charge” via Radiation Reaction (2014)
  • Author(s): Y. Maeda, K. Seto, M. Nakai, H. Nagatomo
  • Organizer: PLASMA Conference 2014
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ、新潟
  • Year and Date: 2014-11-20
• [Presentation] Plasma Mirror technology on a PW, multi-kJ class Laser for application to Fast Ignition research (2014)
  • Author(s): A. Morace, Y. Arikawa, A. Sunahara, S. Kojima, S. Fujioka, M. Nakai, H. Shiraga, H. Nishimura, A. Sagisaka, K. Ogura, A. Yogo, M Nishikino, T. Kawachi, A. S. Pirozhkov, M. Nishiuchi, M. Kando, K. Kondo.S. Tokita, J. Kawanaka, H. Jitsuno, N. Miyanaga, Y. Nakata, H.Azechi.
  • Organizer: 25th Fusion Energy Conference (FEC2014)
  • Place of Presentation: Hotel Park Inn Pribaltiyskaya Saint Petersburg, Russia
  • Year and Date: 2014-10-16
• [Presentation] Induced vacuum breakdown and pair plasma production for fundamental and high-energy astrophysics science (2014)
  • Author(s): H. Takabe, T. Moritaka
  • Organizer: 23rd ANNUAL INTERNATIONAL LASER PHYSICS WORKSHOP Extreme Light Technologies, Science, and Applications Symposium
  • Place of Presentation: Ramada Sofia Hotel, Sofia, Bulgaria
  • Year and Date: 2014-07-14
  • Invited
• [Presentation] 光核反応(γ-n) を用いたレーザー駆動高輝度中性子生成に関する計測器開発 (2014)
  • Author(s): 宇津木卓, 有川安信, 長井隆浩, 安部勇輝, 小島完興, 坂田匠平, 井上裕晶, 益田洋平, 中井光男, 疇地宏
  • Organizer: 第10回核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場、茨城県つくば市
  • Year and Date: 2014-06-19
• [Presentation] 高速点火核融合における光核反応を用いた高エネルギーX線分光計測 (2014)
  • Author(s): 坂田匠平, 有川安信, 小島完興, 池之内孝仁, 長井隆浩, 安部勇輝, 井上裕晶, 宇津木卓, 藤岡慎介, Alessio Morace, 加藤龍好, 中井光男, 白神宏之, 疇地宏
  • Organizer: 第10回核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場、茨城県つくば市
  • Year and Date: 2014-06-19
• [Presentation] High energy x-ray spectrometer using photo-nuclear reaction (2014)
  • Author(s): S. Sakata, Y. Arikawa, S. Kojima, T. Ikenouchi, T. Nagai, Y. Abe, H. Inoue, M. Utsugi, R. Kato, M. Nakai, H. Shiraga, and H. Azechi
  • Organizer: 20th Topical Conference on High-Temperature Plasma Diagnostics (HTPD 2014)
  • Place of Presentation: nterContinental Hotel Buckhead, Atlanta, Georgia, USA
  • Year and Date: 2014-06-02
• [Presentation] Development of Compton X-ray spectrometer for fast ignition experiment (2014)
  • Author(s): S. Kojima, Y. Arikawa, T. Ikenouchi, S. Fujioka, A. Morace, T. Nagai, Y. Abe, S. Sakata, H. Inoue, Z. Zhang, M. Nakai, H. Shiraga, Y. Nishimura, H. Togawa, M. R. Asakawa, T. Ozaki, R. Kato, H. Azechi
  • Organizer: 20th Topical Conference on High-Temperature Plasma Diagnostics (HTPD 2014)
  • Place of Presentation: InterContinental Hotel Buckhead, Atlanta, Georgia, USA
  • Year and Date: 2014-06-02
• [Presentation] Modeling high-energy astrophysics phenomena with ultraintense lasers (2014)
  • Author(s): H. Takabe
  • Organizer: 10th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics （HEDLA 2014）
  • Place of Presentation: Mercure Bordeaux Centre Hotel, in Bordeaux, France
  • Year and Date: 2014-05-12