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2014 Fiscal Year Annual Research Report

レーザー生成超強磁場を用いた高エネルギー量子ビーム制御と実験室X線天文学

Research Project

Project/Area Number 24684044
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

藤岡 慎介  大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 准教授 (40372635)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2016-03-31
Keywords強磁場 / 高出力レーザー / プラズマ科学 / 高エネルギー密度プラズマ
Outline of Annual Research Achievements

<複数のキャパシターコイルを用いた磁場形状の制御>
二つのキャパシター・コイルターゲットをヘルムホルツ型に配置し,それぞれのターゲットに3ビームずつを集光照射することで,約1 mm x 1 mm x 1mmの領域で,空間的に均一な磁場を生成することに成功した.磁場強度は,TGG結晶を用いたファラデー回転法及び,磁気プローブを用いて測定し,200 – 300 Tの磁場が得られている.磁場の空間分布については,LADIAコードを使って計算出来るようになった. このような配置を今後応用することで,外部磁場によるレーザー生成高速電子のガイディングや集束を制御可能になった.
<キロテスラ磁場による高速電子のガイディングの原理実証>
一つのキャパシター・コイルターゲットを使い, 500 Jのレーザーを集光照射して,コイル中心で600 Tの磁場を生成した.コイル中心付近に,プラスチック製のターゲットを設置し,その一面にピコ秒のレーザーパルスを集光照射し,高速電子を発生させた.高速電子がターゲット中を伝搬し,裏面から飛び出す瞬間に高速電子が放射するCoherent Transition Radiation (CTR) をイメージングし,高速電子の空間パターンを計測した.
磁場を印加することで,相対論的電子ビームの広がりが横方向に明らかに小さくなると共に,CTRの信号強度が約3倍ほど強くなることが確認された.これは,外部磁場を印加することによって,高速電子の発散が押さえられた結果であると考えられる.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

レーザー駆動キャパシターコイルによって発生した磁場の形状制御や,シンプルな系での高速電子のガイディングの原理実証に成功している.磁場形状制御を積極的に活用することで,高速電子の発散角や伝搬方向制御など,様々な応用が期待される.

Strategy for Future Research Activity

レーザー生成プラズマの密度は,磁場閉じ込めプラズマよりも遙かに大きいため,ミラー磁場による高速電子の反射は単純な予測よりも小さいことが,シミュレーション等により明らかになってきた.ミラー磁場によって収束された高速電子ビームによってバルクのプラズマが加熱され,バルク電子による反磁性電流が流れやすくなり,高速電子が収束する領域の磁場強度が弱くなるという現象である.このような磁場構造では,電子の反射は少なくなる.外部磁場による高速電子のガイディングに関して,平板ターゲットを用いた基礎実験を行い,ミラー型の磁場形状が高速電子のガイディングに与える影響を定量的に明らかにする.
また,本研究を遂行する中で,強磁場下での高エネルギー密度プラズマの流体不安定性という,レーザー核融合研究や天文学において,非常に興味深い研究テーマが見つかった.昨年度開発した複数のキャパシターコイルターゲットを用いた強磁場形状制御を積極的に活用し,強磁場下での流体運動の解明にも取り組んで行く.

Causes of Carryover

取引業者による出精値引き等により,予定よりも支出が少なかったため,次年度への繰り越し金が生じた.

Expenditure Plan for Carryover Budget

今年度使用する磁気プローブの保持治具の製作費として使用する.

  • Research Products

    (8 results)

All 2015 2014

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Density and x-ray emission profile relationships in highly ionized high-Z laser-produced plasmas2015

    • Author(s)
      K. Yoshida, S. Fujioka, T. Higashiguchi, T. Ugomori, N. Tanaka, M. Kawasaki, Y. Suzuki, C. Suzuki, K. Tomita, R. Hirose, T. Ejima, H. Ohashi, M. Nishikino, A. Sunahara, B. Li, P. Dunne, G. O’Sullivan, T. Yanagida, H. Azechi, and H. Nishimura
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 106 Pages: 121109

    • DOI

      10.1063/1.4916395

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Progress in indirect and direct-drive planar experiments on hydrodynamic instabilities at the ablation front2014

    • Author(s)
      A. Casner, L. Masse, B. Delorme, D. Martinez, G. Huser, D. Galmiche, S. Liberatore, I. Igumenshchev, M. Olazabal-Loumé, P. Nicolaï, J. Breil, D. T. Michel, D. Froula, W. Seka, G. Riazuelo, S. Fujioka, A. Sunahara, M. Grech, C. Chicanne, M. Theobald, N. Borisenko, A. Orekhov, V. T. Tikhonchuk
    • Journal Title

      Physics of Plasmas

      Volume: 21 Pages: 122702

    • DOI

      10.1063/1.4903331

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bright x-ray sources from laser irradiation of foams with high concentration of Ti2014

    • Author(s)
      F. Perez, J. R. Patterson, M. May, J. D. Colvin, M. M. Biener, A. Wittstock, S. O. Kucheyev, S. Charnvanichborikarn, J. H. Satcher, S. A. Gammon, J. F. Poco, S. Fujioka, Z. Zhang, K. Ishihara, N. Tanaka, T. Ikenouchi, H. Nishimura, and K. B. Fournier,
    • Journal Title

      Physics of Plasmas

      Volume: 21 Pages: 023102

    • DOI

      10.1063/1.4864330

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Efficient extreme ultraviolet emission from one-dimensional spherical plasmas produced by multiple lasers2014

    • Author(s)
      K. Yoshida, S. Fujioka, T. Higashiguchi, T. Ugomori, N. Tanaka, H. Ohashi, M. Kawasaki, Y. Suzuki, C. Suzuki, K. Tomita, R. Hirose, T. Ejima, M. Nishikino, A. Sunahara, E. Scally, B. Li, T. Yanagida, H. Nishimura, H. Azechi, and G. O’Sullivan
    • Journal Title

      Appl. Phys. Express

      Volume: 7 Pages: 086202

    • DOI

      10.7567/APEX.7.086202

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Hydrodynamics of high-energy-density plasma in strong magnetic field2015

    • Author(s)
      藤岡慎介 他
    • Organizer
      レーザー学会 第35回年次大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2015-01-10 – 2015-01-10
    • Invited
  • [Presentation] 高出力レーザーを用いたキロテスラ級磁場の 発生とプラズマ科学への応用2014

    • Author(s)
      藤岡慎介 他
    • Organizer
      PLASMA2014
    • Place of Presentation
      新潟
    • Year and Date
      2014-11-20 – 2014-11-20
    • Invited
  • [Presentation] Strong Magnetic Field Generation for ICF and HEDP2014

    • Author(s)
      S. Fujioka et al.,
    • Organizer
      International Conference on Laser Interaction with Matter
    • Place of Presentation
      Paris, France
    • Year and Date
      2014-09-02 – 2014-09-02
    • Invited
  • [Presentation] Generation of Kilo-Tesla Magnetic Field with High-Power Laser for LSC Experiments2014

    • Author(s)
      S. Fujioka et al.,
    • Organizer
      Optics & Photonics International Congress 2014
    • Place of Presentation
      神奈川
    • Year and Date
      2014-04-23 – 2014-04-23
    • Invited

URL: 

Published: 2016-06-01  

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