強磁場環境下における超高強度レーザーと高エネルギー密度プラズマとの相互作用の物理

• Project/Area Number: 17J02020
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plasma science
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 畑 昌育 大阪大学, レーザー科学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: キロテスラ磁場 / 超高強度レーザー / ホイッスラー波 / 誘導ブリルアン散乱 / 電磁粒子シミュレーション / 超高強度ピコ秒レーザー

Outline of Annual Research Achievements

昨年度の研究成果により，冷たいプラズマモデルの線形理論ではカットオフのないホイッスラー波が，有限のパルス幅しか高密度プラズマ中を伝播できないことが明らかになった．ホイッスラー波の伝播阻害要因としては誘導ブリルアン散乱が考えられ，シミュレーションにおけるイオン位相空間の計測により，ホイッスラー波の伝播阻害の起こる時刻においてイオン音波の強い励起が確認された．
そこで，本年度は，イオン音波の成長率のレーザー振幅依存性を電磁粒子シミュレーションにより調べ，誘導ブリルアン散乱の理論予測との比較を行った．その結果，シミュレーション結果は，イオン音波の成長率がレーザー振幅のおよそ2/3乗に比例することがわかり，これは理論予測と一致した．加えて，透過ホイッスラー波のパルス長は，レーザー振幅のおよそ－2/3乗に比例していることがわかり，イオン音波の成長によって透過ホイッスラー波のパルス長が制限されることが透過パルス長のレーザー振幅依存性からも明らかになった．また，透過パルス長の外部磁場強度および低密度プラズマのスケール長に対する依存性についても複数のシミュレーションにより調べたところ，外部磁場強度を強くするほど，スケール長を長くするほど，透過パルス長が長くなる傾向にあることがわかった．これらの結果は，超高強度ホイッスラー波の高密度領域伝播条件の導出をする上で非常に有用であり，レーザー核融合への応用だけではなく宇宙プラズマ中を伝播するホイッスラー波の物理の理解にも資するものである．

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Ultrafast wave-particle energy transfer in the collapse of standing whistler waves (2019)
  • Author(s): Sano Takayoshi、Hata Masayasu、Kawahito Daiki、Mima Kunioki、Sentoku Yasuhiko
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 100 Issue: 5 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1103/physreve.100.053205
• [Presentation] High-intense laser propagation into strongly magnetized dense plasma (2019)
  • Author(s): Hata Masayasu、Sano Takayoshi、Sakagami Hitoshi、Sentoku Yasuhiko、Nagatomo Hideo
  • Organizer: 61st Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of strong external magnetic field on high-intense laser propagation into dense plasma (2018)
  • Author(s): M. Hata, H. Sakagami, T. Sano, Y. Sentoku, and H. Nagatomo
  • Organizer: 45th European Physical Society Conference on Plasma Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Inhibition mechanism of high-intense laser propagation into strongly magnetized dense plasma (2018)
  • Author(s): M. Hata, T. Sano, H. Sakagami, Y. Sentoku, and H. Nagatomo
  • Organizer: 35th European Conference on Laser Interaction with Matter
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 外部磁場印加高密度プラズマ中における高強度レーザー伝播 (2018)
  • Author(s): 畑昌育，佐野孝好，坂上仁志，千徳靖彦，長友英夫
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第38回年次大会
• [Presentation] Effects of strong external magnetic fields on high-intense laser light propagation into high-density plasma (2018)
  • Author(s): M. Hata, H. Sakagami, T. Sano, Y. Sentoku, and H. Nagatomo
  • Organizer: 14th Direct-Drive and Fast-Ignition Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of strong external magnetic fields on laser-plasma-interactions (2017)
  • Author(s): M. Hata, H. Sakagami, Y. Sentoku, and H. Nagatomo
  • Organizer: 10th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High intensity laser-plasma interactions with strong external magnetic field (2017)
  • Author(s): M. Hata, H. Sakagami, T. Sano, Y. Sentoku, and H. Nagatomo
  • Organizer: Plasma Conference 2017