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2015 Fiscal Year Annual Research Report

超高強度レーザー駆動ガンマ線発生と光核反応による多様な量子ビーム発生

Research Project

Project/Area Number 25400540
Research InstitutionFukuoka Institute of Technology

Principal Investigator

中村 龍史  福岡工業大学, 情報工学部, 准教授 (40318796)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywordsプラズマ物理学 / 高エネルギー密度科学 / 量子ビーム / 高強度場科学
Outline of Annual Research Achievements

集光強度が1022W/cm2を超える超高強度レーザーと物質との相互作用では、放射反作用を介したレーザーからγ線へのエネルギー輸送が支配的となる。その結果、レーザー・プラズマ相互作用による超高出力のγ線発生が可能であることを先行研究において示していた。そこで本申請課題では、光核反応やそこで発生する中性子と原子核との相互作用など、γ線から多種の量子線へのエネルギー輸送過程の解明を目的に、原子核反応を取り入れた新しい粒子シミュレーションコードの開発に着手した。また開発したコードを用いて、レーザー駆動ガンマ線実現のための実証実験の提案や、原子核反応により発生する中性子や陽電子の特性及び発生条件の解明を行い新しいレーザー駆動量子線源の可能性を探ることを目的とした。
1年目は「京」コンピュータを利用した大型計算によりレーザープラズマ相互作用により発生するγ線発生の解明を行い、γ線の放出角度分布や変換効率等を3次元計算により定量的に評価した。2年目は、レーザー駆動γ線のターゲット内での輸送過程を粒子シミュレーション(PIC)コードに取り込んだ。このコードではコンプトン散乱、Bethe-Heitler過程による電子・陽電子対生成、光核反応を考慮してありレーザープラズマ相互作用におけるγ線輸送の定量的評価が可能となった。
3年目は、開発したコードを用い陽電子発生についての解析を行った。レーザー駆動γ線が短パルス、MeV領域にスペクトルピークを持つなどの特徴を持つことから、Bethe-Heitler過程を利用した陽電子線発生においてもユニークな特徴を持つことが期待される。特に、100MeVを超える高エネルギーかつ準単色性を持つ陽電子発生の可能性が明らかになった。この陽電子線源の詳細については、今後更に研究を進め新しいレーザー駆動陽電子線源の提案へつなげる。

  • Research Products

    (4 results)

All 2016 2015

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Laser-driven g-ray, positron, and neutron source from ultra-intense laser-matter interactions2015

    • Author(s)
      T.Nakamura and T.Hayakawa
    • Journal Title

      Physics of Plasmas

      Volume: 22 Pages: 083113-1-6

    • DOI

      doi: 10.1063/1.4928889

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] レーザー生成プラズマからの準単色陽電子発生2016

    • Author(s)
      中村龍史、早川岳人
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      東北学院大学
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] Transport of laser-driven gamma-rays in ultra-intense laser-matter interactions2015

    • Author(s)
      T.Nakamura and T.Hayakawa
    • Organizer
      IFSA2015
    • Place of Presentation
      Seatle, USA
    • Year and Date
      2015-09-20 – 2015-09-25
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Generation and transport of gamma-rays in ultra-intense laser-matter interactions2015

    • Author(s)
      T.Nakamura and T.Hayakawa
    • Organizer
      EPS/DPP
    • Place of Presentation
      Lisbon, Portugal
    • Year and Date
      2015-06-24 – 2015-06-28
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-01-06  

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