無衝突衝撃波の生成と粒子加速の物理

• 研究課題/領域番号: 11J06987
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 森田 太智 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円); 2013年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2012年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2011年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: 無衝突衝撃波 / 高出力レーザー / プラズマ計測 / 磁場計測 / レーザー / トムソン散乱計測

研究概要

宇宙線の加速機構として非常に重要な役割を果たす無衝突衝撃波の物理を実験的に研究するため、大型レーザー生成高速プラズマ流を用いた実験を行ってきた。2012年度までの結果から、kJ程度の出力エネルギーを持っレーザーシステムを用いて静電的な無衝突衝撃波の生成が可能であることを示した。今年度は、その衝撃波の詳細なパラメータを計測するため、実験研究を続けてきた。また、より宇宙の環境に近い電磁不安定性(Weibel不安定性)による衝撃波の生成実験も平行して行ってきた。具体的には(1)衝撃波周辺の電子・イオン温度計測、(2)衝撃波周辺の電場計測、(3)磁場計測システムの構築、(4)電磁不安定性による衝撃波の生成の4点である。1、2に挙げたプラズマのパラメータ計測、電場計測については、すでに大阪大学激光XII号(GXII)レーザー、Lawrence Livermore National LaboratoryのJupiterレーザーシステムを用いた実験において、計測から無衝突衝撃波の生成を明らかにし、論文として発表した。また、3に挙げた磁場計測システムは、20013年度に行った実験(GXIIレーザー)において構築し、データ取得を試みた。有意なデータ取得までは達成できなかったが、今後はさらに改良を進める予定である。4に関しては、米国Omega/Omega-EPレーザーを用いた実験において電磁不安定性の成長を確認するところまで進め、今後はNational Ignition Facilityにおける実験において衝撃波の生成を検証する実験が開始される予定である。本年度はさらに衝撃波やレーザー生成プラズマ中における自己生成磁場の計測をめざし、ファラデー回転やZeeman効果の計測をGXII実験において計画している。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

研究成果

• [雑誌論文] Experiments to investigate the effects of radiative cooling on plasma jet collimation (2014)
  • 著者名/発表者名: C. D. Gregory, A. Diziére, H. Aoki, H. Tanji, T. Ide, É. Fal ize, B. Loupias, C. Michaut, T. Morita, S. A. Pikuz, A. Ravasio, Y. Kuramitsu, Y. Sakawa, H. Takabe, N. C. Woolsey, M. Koenig
  • 雑誌名: High Energy Density Physics 巻: 11 ページ: 12-16
  • DOI: 10.1016/j.hedp.2013.12.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thomson scattering measurement of a shock in laser-produced counter-st reaming plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Morita, Y. Sakawa, K. Tomita, T. Ide, Y. Kuramitsu, T. Moritaka, K. Nishio, K. Nakayama, K. Inoue, M. Kuwada, H. Ide, K. Tsubouchi, K. Uchino, H. Takabe
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 20 号: 9
  • DOI: 10.1063/1.4821967
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laboratory experiments on plasma jets in a magnetic field using high-power lasers (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nishio, Y. Sakawa, Y. Kuramitsu, T. Morita, T. Ide, M. Kuwada, M. Koga, T. Kato, T. Norimatsu, C. Gregory, N. Woolsey, C. Murphy, G. Gregori, K. Schaar, A. Diziere, M. Koenig, A. Pelka, S. Wang, Q. bong, Y. Li, H. Takabe
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 59 ページ: 15004-15004
  • DOI: 10.1051/epjconf/20135915004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasma particle-in-cell simulations with QED reactions for pair production experiments using a high-Z solid target (2013)
  • 著者名/発表者名: Toseo Moritaka, Luca Baiotti, An Lin, Li Weiwu, Youichi Sakawa, Yasuhiro Kuramitsu, Taichi Morita, Hideaki Takabe
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 454
  • 査読あり
• [雑誌論文] New insights into the laser produced electron-positron pairs (2013)
  • 著者名/発表者名: Hui Chen, M. Nakai, Y. Sentoku, Y. Arikawa, H. Azechi, S. Fujioka, C. Keane, S. Kojima, W. Goldstein, BR. Maddox, N. Miyanaga, T. Morita, T. Nagai, H. Nishimura, T. Ozaki, J. Park, Y. Sakawa, H. Takabe, G. Williams, Z. Zhang
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 15 号: 6 ページ: 65010-65010
  • DOI: 10.1088/1367-2630/15/6/065010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualizing electromagnetic fields in laser-produced counter-streaming plasma experiments for collisionless shock laboratory astrophysics (2013)
  • 著者名/発表者名: NL. Kugland, JS. Ross, P-Y. Chang, RP. Drake, G. Fiksel, DH. Froula, SH. Glanzer, G. Gregori, M. Grosskopf, C. Huntington, M. Koenig, Y. Kuramitsu, C. Kuranz, MC. Levy, E. Liang, D. Martinez, J. Mei necke, F. Miniati, T. Morita, A. Pelka, C. Plechaty, R. Presura, A. Ravasio, BA. Remington, B. Raville, DD. Ryutov, Y. Sakawa, A. Soitkovsky, H. Takabe, H-S. Park
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 20 号: 5 ページ: 239-242
  • DOI: 10.1063/1.4804548
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-power laser experiments to study collisionless shock generation (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakawa. Y. Kuramitsu, T. Morita. T. Kato, H. Tanji, T. Ide, K. Nishio, M. Kuwada, T. Tsubouchi, H. Ide, T. Norimatsu, C. Gregory, N. Woolsey, K. Scheer, C. Murphy, G. Gregori, A. Diziere, A. Pelka, M. Koenig, S. Wang, Q. Dong, Y. Li, H. -S. Park, S. Ross, N. Kugland, D. Ryutov, B. Remington. A. Spitkovsky, D. Froula, H. Takabe
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 59 ページ: 15001-15001
  • DOI: 10.1051/epjconf/20135915001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of counterstreaming plasmas for collisionless shock experiment (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ide, Y. Sakawa, Y. Kuramitsu, T. Morita, H. Tanji, K. Nishio, M. Kuwada, H. Ide, K. Tsubouchi, S. Shimazaki, T. Taguchi, C. Gregory, A. Diziere, M. Nakatsutsumi, M. Koenig, N. Ohnishi, H. Takabe
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 59 ページ: 15002-15002
  • DOI: 10.1051/epjconf/20135915002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kelvin-helmholtz turbulence associated with collisionless shocks in laser produced plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, Y. Sakawa, S. Dono, CD. Gregory, SA. Pikuz, B. Loupias, M. Koenig, JN. Waugh, N. Woolsey, T. Morita, T. Moritaka, T. Sano, Y. Matsumoto, A. Mizuta, N. Ohnishi, H. Takabe
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 108 号: 19 ページ: 195004-195004
  • DOI: 10.1103/physrevlett.108.195004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical pyrometer system for collisionless shock experiments in high-power laser-produced plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Morita, Y. Sakawa, Y. Kuramitsu, S. Dono, T. Ide, S. Shibata, H. Aoki, H. Tanji, T. Sano, A. Shiroshita, JN. Waugh, CD. Gregory. NC. Woolsey, H. Takabe
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 83 号: 10
  • DOI: 10.1063/1.4733738
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strong Compression of a Magnetic Field with a Laser-Accelerated Foil (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yoneda, T. Namiki, A. Nishida, R. Kodama, Y. Sakawa, Y. Kuramitsu, T. Morita, K. Nishio, T. Ide
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 109 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevlett.109.125004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-organized electromagnetic field structures in laser-produced counter-streaming plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: NL. Kugland, DD. Ryutov, PY. Chang, RP. Drake, G. Fiksel, DH. Froula, SH. Glenzer, G. Gregori, M. Grosskopf, M. Koenig, Y. Kuramitsu, C. Kuranz, MC. Levy, E. Liang, J. Meinecke, F. Miniati, T. Morita, A. Pelka, C. Plechaty, R. Presura, A. Ravasio, BA. Remington, B. Reville, JS. Ross, Y. Sakawa, A. Spitkovsky, H. Takabe, HS. Park
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 8 号: 11 ページ: 809-812
  • DOI: 10.1038/nphys2434
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laboratory investigations on the origins of cosmic rays (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, Y. Sakawa, T. Morita, T. Ide, K. Nishio, H. Tanji, H. Aoki, S. Dono, C. D. Gregory, J. N. Waugh, N. Woolsey, A. Diziere, A. Pelka, A. Ravasio, B. Loupias, M. Koenig, S. A. Pikuz, Y. T. Li, Y. Zhang, X. Liu, J. Y. Zhong, J. Zhang, G. Gregori, N. Nakanii, K. Kondo, Y. Mori, E. Miura, R. Kodama, Y. Kitagawa, K. Mima, K. A. Tanaka, H. Azechi, T. Moritaka, Y. Matsumoto, T. Sano, A. Mizuta, N. Ohnishi, M. Hoshino, and H. Takabe
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 54 号: 12 ページ: 124049-124049
  • DOI: 10.1088/0741-3335/54/12/124049
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kelvin-Helmholtz turbulence associated with collisionless shocks in laser produced plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Kuramitsu, et al
  • 雑誌名: Physical Review Letter 巻: (accepted)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Studying astrophysical collisionless shocks with counterstrearming plasmas from high power lasers (2012)
  • 著者名/発表者名: Hye-Sook Park, D.D.Ryutov, J.S.Ross, N.L.Kugland, S.H.Glenzer, C.Plechaty, S.M.Pollaine, B.A.Remington, A.Spitkovsky, L.Gargate, G.Gregori, A.Bell, C.Murphy, Y.Sakawa, Y.Kuramitsu, T.Morita, H.Takabe, D.H.Froula, G.Fiksel, F.Miniati, M.Koenig, A.Ravasio, A.Pelka, E.Liang, N.Woolsey, C.C.Kuranz, R.P.Drake, M.J.Grosskopf
  • 雑誌名: High Energy Density Physics 巻: 8 ページ: 38-45
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collisionless shockwaves formed by counter-streaming laser-produced plasmas (2011)
  • 著者名/発表者名: X.Liu, 他7名, Y.Sakawa, T.Morita, Y.Kuramitsu, 他13名
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 13 ページ: 93001-93001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collisionless shock wave generation in counter-streaming plasmas using Gekko XII HIPER laser (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Ide, Y.Sakawa, Y.Kuramitsu, T.Morita, 他14名
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 6 ページ: 2404057-14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time Evolution of a Collisionless Shock in Counterstreaming Laser Produced Plasmas (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Kuramitsu, Y.Sakawa, H.Takabe, T.Morita, 他7名
  • 雑誌名: Physical Review Letter 巻: 106 ページ: 175002-175002
  • 査読あり
• [学会発表] 高出力レーザーを用いた無衝突衝撃波の生成とその電磁場計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森田太智, N. L. Kugland, W. Wan R. Crowston, R. P. Drake, F. Fiuza, G. Gregori, C. Huntington 石川大志, M. Koenig, C. Kuranz, M. C. Levy, D. Martinez, J. Meinecke, F. Miniati. C. D. Murphy, A. Pelka, C. Plechaty, R. Presura, N. Quiros, B. A. Remington. B. Reville, J. S. Ross, D. D. Ryutov, 坂和洋一, L. Steele, 髙部英明, 山浦佑太, N. Woolsey, H. -S. Park
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2013-09-28
• [学会発表] 高出力レーザー生成プラズマ及び衝撃波のターゲット材質依存性について (2013)
  • 著者名/発表者名: 山浦佑太, 坂和洋一, 蔵満康浩, 森田太智, 石川大志, 森高外征雄, 佐野孝好, 下田亮, 富田健太郎, 内野喜一郎, 松清修一, 水田晃, 大西直文, R. Crowston, N. Woolsey, H. Doyle, G. Gregori, A. Ravasio A. Pelka, M. Koenig, C. Michaut, D. Yuan, Y. Li, K. Zhang, J. Zhong, F. Wang, 髙部英明
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2013-09-28
• [学会発表] 高出力レーザーを用いたプラズマジェットのコリメーション現象の研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa. Y. Sakawa, Y. Kuramitsu, T. Morita, Y. Yamaura, T. Wadagaki, T. Moritaka, T. Sano, R. Shimoda, K. Tomita, K. Uchino, S. Matsukiyo, A. Mizuta, N. Ohnishi, R. Crowston, N. Woolsey, H. Doyle, G., Gregori, A. Ravasio, A. Pelka, M. Koenig, C. Michaut, D. Yuan, Y. Li, K. Zhang, J. Zhong, F. Wang, H. Takabe
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2013-09-28
• [学会発表] Measurement of electrostatic field associated with a shock formed in laser-produced counter-streaming plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Morita, N. L. Kugland, W. Wan, R. Crowston. R. P. Drake, G. Gregori, C. Huntington, T. Ishikawa, M. Koenig, C. Kuranz, M. C. Levy, D. Martinez, J. Meinecke, F. Miniati, C. D. Murphy, A. Pelka, C. Plechaty, R. Presura, N. Quiros, B. A. Remington, B. Reville, J. S. Ross, D. D. Ryutov, Y. Sakawa, L. Steele, H. Takabe, Y. Yamaura, N. Woolsey, H. -S. Park
  • 学会等名: The Eighth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications (IFSA 2013)
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2013-09-13
• [学会発表] Material dependence of shock waves in laser-produced counter-streaming plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamaura, Y. Sakawa, Y. Kuramitsu, T. Morita. T. Ishikawa, T. Moritaka, T. Sano, R. Shimoda, K. Tomita, K. Uchino, S. Matsukiyo, A. Mizuta, N. Ohnishi, R. Crowston, N. Woolsey, H. Doyle, G. Gregori, A. Ravasio, A. Pelka, M. Koenig, C. Michaut, D. Yuan, Y. Li, K. Zhang, J. Zhong, F. Wang, H. Takabe
  • 学会等名: The Eighth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications (IFSA 2013)
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2013-09-09
• [学会発表] Thomson scattering measurement of a collimated plasma jet generated by a high-power laser system (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, Y. Sakawa, Y. Kurantitsu, T. Morita, Y. Yamaura, T. Moritaka, T. Sano, R. Shimoda, K. Tomita, K. Uchino, S. Matsukiyo, A. Mizuta, N. Ohnishi. R. Crowston, N. Woolsey. H. Doyle, G. Gregori, A. Ravasio, A. Pelka. M. Koenig, C. Michaut, D. Yuan, Y. Li, K. Zhang, T. Zhong, F. Wang. H. Takabe
  • 学会等名: The Eighth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications (IFSA 2013)
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2013-09-09
• [学会発表] Optical Pyrometer System for Collisionless Shock Experiments in High-Power Laser-Produced Plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Morita, Y. Sakawa, Y. Kuramitsu, S. Dono T. Ide, S. Shibata, H. Aoki, H. Tanji, T. Sano, A. Shiroshita, J. Waugh, C. Gregory, N. Woolsey, H. Takabe
  • 学会等名: 19th High Temperature Plasma Diagnostics Conference
  • 発表場所: Monterey, USA
  • 年月日: 2012-05-07
• [学会発表] Laboratory Experiments to Study Collisionless Shocks (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakawa, Y. Kuramitsu, T. Morita, T. Ide, K. Nishio, H. Ide, K. Tsubouchi, K. Tomita, K. Uchino, N. Woolsey, C. Murphy, G. Gregori, A. Ravasio, A. Pelka, M. Koenig, A. Spitkovsky, N. L. Kugl and, J. S. Ross, H. -S. Park, B. Remington, H. Takabe
  • 学会等名: 9th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics
  • 発表場所: Tallahassee, Florida, USA
  • 年月日: 2012-05-03
• [学会発表] Electron scale magnetic reconnection in a laser produced plasma (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, Y. Sakawa, T. Morita, K. Nishio, T. Ide, H. Ide, K. Tsubouchi, K. Tomi ta, K. Uchino, T. Moritaka, H. Takabe
  • 学会等名: 9th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics
  • 発表場所: Tallahassee, Florida, USA
  • 年月日: 2012-04-30
• [学会発表] High Machnumber shockshock interactions in laser-produced counter-streaming plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: 森田太智
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] High Mach-number collisionless shock formation driven by a high-power laser with an external magnetic field (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田太智
  • 学会等名: プラズマカンファレンス
  • 発表場所: 石川県金沢市
  • 年月日: 2011-11-24
• [学会発表] High Mach-number collisionless shock driven by a high-power laser system Gekko-XII HIPER (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田太智
  • 学会等名: IFSA 2011
  • 発表場所: Bordeaux, France
  • 年月日: 2011-09-13
• [備考] 非線形プラズマ実験グループホームページ
  • URL: http://www.ile.osaka-u.ac.jp/research/pnx/
• [備考] 非線形プラズマ実験グループホームページ
  • URL: http://www.ile.osaka-u.ac.jp/research/pnx/