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輻射効果を含んだ超高強度レーザーと物質との非局所相互作用理論と高強度場科学の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 12J07688
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
研究機関京都大学

研究代表者

岩田 夏弥  京都大学, エネルギー科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2012 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2013年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2012年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード高強度レーザー物質相互作用 / 相対論的動重力 / 高次非局所効果 / 輻射減衰 / 超高強度レーザープラズマ相互作用
研究概要

近年、集光強度が10^<20>W/cm^2を上回る極短パルス高強度レーザーが実現され、これを用いた高エネルギー粒子加速をはじめとする様々な応用研究が進展している。本研究では平成24年度、位相空間ラグランジアンに基づく数理手法を当該分野に新しく導入し、高い非線形性・非局所性を有する高強度レーザー物質相互作用において重要な役割を果たすレーザー光の動重力の高次非局所効果を記述する方程式を導くことに成功した。また、集光強度10^<20>W/cm^2を超える輻射減衰領域でのレーザー物質相互作用がもたらす極限物質状態を再現する大規模数値実験の実現を目指し、粒子計算コードEPIC3Dの開発を行った。
これらを基礎として本年度は、非局所動重力理論の重要性を明らかにする応用研究を行った。ここでは、相互作用の微細制御への有用性が期待される、ビーム軸近傍で平坦な強度分布を持つレーザーを考え、これに対し従来の局所理論と今回導いた非局所理論を比較すると、レーザー場と単一粒子の相互作用時間に1桁に及ぶ差異が現れることを見出した。さらに、本研究で開発を進めてきた計算コードEPIC3Dを用いてプラズマ及びクラスター媒質中での高強度レーザー伝播シミュレーションを行い、平坦な集光構造を持つレーザー場中では非局所動重力によるプラズマ粒子の掃出しとそれによる静電場生成の結果、レーザー場が変調を受け低エミッタンスの電子ビームが生成されることや、クラスタークーロン爆発や相対論的イオンの効果が相乗的に作用して高エネルギーイオン加速が実現することなどを明らかにした。これらの結果は学術雑誌Physical Review Lettersに掲載され、国際会議IFSA2013の口頭発表に採択された。
以上の研究は、高強度場科学に新しい理論手法を提示し学術・応用研究の進展に貢献するとともに、大規模数値計算を通して計算機科学の進展に資するものである。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2014 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Higher-order nonlocal effects of a relativistic ponderomotive force in high-intensity laser fields2014

    • 著者名/発表者名
      Natsumi Iwata and Yasuaki Kishimoto
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 112 号: 3 ページ: 35002-35002

    • DOI

      10.1103/physrevlett.112.035002

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relativistic Ponderomotive Force Including Higher Order Nonlocal Effects in High Intensity Laser Fields2013

    • 著者名/発表者名
      Natsumi Iwata and Yasuaki Kishimoto
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 8

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlocal Ponderomotive Force in a Super Gaussian Laser Beam and the Conditions for Long Time Scale Interaction2013

    • 著者名/発表者名
      Natsumi Iwata and Yasuaki Kishimoto
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 8

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On the nonlocal properties of relativistic ponderomotive force2013

    • 著者名/発表者名
      Natsumi Iwata and Yasuaki kishimoto
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 20 号: 8 ページ: 83107-83107

    • DOI

      10.1063/1.4817745

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlocal properties of ponderomotive force in strongly nonuniform high intensity laser fields

    • 著者名/発表者名
      Natsumi Iwata, Yasuaki Kishimoto, Kenji Imadera
    • 雑誌名

      Proceedings of the Seventh International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications (IFSA 2011) (掲載確定、2013年1月29日受理)

      巻: (掲載確定)

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Laser-matter interaction in cluster medium in the radiation dominated regime : Particle acceleration and radiation2013

    • 著者名/発表者名
      Natsumi Iwata, Feng Wu, Yasuaki Kishimoto and Yuji Fukuda
    • 学会等名
      The Eighth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications (IFSA2013)
    • 発表場所
      Nara Prefdctural New Public Hall, Nara, Japan
    • 年月日
      2013-09-10
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] On the higher order nonlocal effect of relatiVistic ponderomotive force in high intensity lasers2013

    • 著者名/発表者名
      Natsumi Iwata and Yasuaki Kishilnoto
    • 学会等名
      The 12th Asia Paeific Physics Conference (APPCl2)
    • 発表場所
      International Conference Hall, Makuhari Messe, Chiba Japan
    • 年月日
      2013-07-12
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 高強度レーザービーム中での粒子ダイナミクスにおける相対論的勵重力の高次非局所効果2013

    • 著者名/発表者名
      岩田夏弥, 岸本泰明
    • 学会等名
      日本物理学会第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学東広島キャンパス(広島県)
    • 年月日
      2013-03-26
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 非正準Lie摂動論で導いた非局所動重力と荷電粒子の相互作用許容エミッタンス2013

    • 著者名/発表者名
      岩田夏弥, 岸本泰明
    • 学会等名
      レーザープラズマ科学のための最先端シミュレーションコードの共同開発・共用に関する研究会
    • 発表場所
      大阪大学レーザーエネルギー学研究センター(大阪府)
    • 年月日
      2013-01-08
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Higher order nonlocal effects of the relativistic p onderomotive force in high power lasers2012

    • 著者名/発表者名
      岩田夏弥, 岸本泰明
    • 学会等名
      第13回光量子科学研究シンポジウム
    • 発表場所
      日本原子力研究開発機構関西光科学研究所(京都府)
    • 年月日
      2012-11-15
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Higher order nonlocal effects of relativistic ponderomotive force in high power lasers2012

    • 著者名/発表者名
      Natsumi Iwata, Yasuaki Kishimoto, Kenji Imadera
    • 学会等名
      54th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics (APS-DPP 2012)
    • 発表場所
      Rhode Island Convention Center, Providence, Rhode Island (アメリカ)
    • 年月日
      2012-10-31
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 非正準Lie摂動輪で導いた高次非局所効果を含む相対論的勵重力の表式の特性と平均化法との相異2012

    • 著者名/発表者名
      岩田夏弥, 岸本泰明, 今寺賢志
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県)
    • 年月日
      2012-09-19
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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