電子輻射減衰とイオン相対論領域が共存する極限レーザー生成プラズマの学理と応用

• 研究課題/領域番号: 14J06405
• 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: 岩田 夏弥 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): 2014-04-25 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 高強度レーザープラズマ相互作用 / 高エネルギーイオン加速 / 超高強度レーザープラズマ相互作用 / クラスター媒質 / 輻射減衰

研究実績の概要

本研究では、近年目覚ましく発展している超高強度レーザーを物質に照射することにより生成される相対論的プラズマに関し、高エネルギー輻射や高輝度量子ビーム生成の物質構造依存性に着目した理論シミュレーション研究を行っている。本年度は、以下の(i), (ii)の研究項目を行った。
(i) 平成27年度に投稿中であった高強度レーザーとクラスター媒質との相互作用によって生成される高密度輻射プラズマに関する論文の査読結果を受けて追加解析を行い、論文を出版した。本論文は、クラスター媒質が高エネルギー輻射生成に優位な性質を示すことを初めて明らかにしたものである。本研究で扱った電子輻射減衰は、宇宙での磁気リコネクション等の研究分野においても着目されていることから、本結果は実験室宇宙物理学としての応用発展も期待できると言える。
(ii) 平成27年度に大阪大学レーザーエネルギー学研究センターで行われた大型レーザー実験で、薄膜に数ピコ秒パルス高強度レーザーを照射することにより従来のスケーリング則を上回る高エネルギーイオン加速が得られた。これは、本研究で着目しているレーザー照射ターゲットの物質構造に起因する高強度電場生成に関連の深い現象である。そこで、これまでに開発したプラズマ粒子計算コードを用いて実験を模擬した大規模数値計算を実施した結果、実験でのイオン加速は従来モデルを超える電子加熱が原因となり引き起こされたこと、またこの電子加熱は薄膜構造に起因した電子周回運動によりもたらされることを発見した。本成果を実験研究者との共著論文としてまとめてプレスリリースし、ニュース報道及び新聞記事に取り上げられた。高輝度量子ビーム生成の一種である高変換率・高エネルギーレーザーイオン加速の物理機構の１つを明らかにした本成果は、小型粒子加速器開発や高速点火核融合など最先端の技術発展の基礎として貢献することが期待される。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Boosting laser-ion acceleration with multi-picosecond pulses (2017)
  • 著者名/発表者名: A Yogo, K Mima, N Iwata, S Tosaki, A Morace, Y Arikawa, S Fujioka, T Johzaki, Y Sentoku, H Nishimura, A Sagisaka, K Matsuo, N Kamitsukasa, S Kojima, H Nagatomo, M Nakai, H Shiraga, M Murakami, S Tokita, J Kawanaka, N Miyanaga, K Yamanoi, T Norimatsu, H Sakagami, SV Bulanov, K Kondo, H Azechi
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 7 号: 1 ページ: 42451-42451
  • DOI: 10.1038/srep42451
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of radiation reaction in the interaction between cluster media and high intensity lasers in the radiation dominant regime (2016)
  • 著者名/発表者名: Natsumi Iwata, Hideo Nagatomo, Yuji Fukuda, Ryutaro Matsui, and Yasuaki Kishimoto
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 23 号: 6 ページ: 063115-063115
  • DOI: 10.1063/1.4954152
  • NAID: 120006578917
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Laser-matter interaction in cluster medium in the radiation dominated regime (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Iwata, Y. Kishimoto, R. Matsui, and Y. Fukuda
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 688 ページ: 0120381-5
  • DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012038
  • NAID: 120006700413
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 輻射減衰領域におけるレーザーとクラスター媒質との相互作用に関するシミュレーション研究 (Numerical study of the interaction between laser and cluster medium in the radiation dominant regime) (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩田夏弥，岸本泰明，福田祐仁，松井隆太郎，長友英夫，疇地宏
  • 雑誌名: Proceedings of the 15th Symposium on Advanced Photon Research 巻: 印刷中
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] 超高強度レーザーとクラスターとの相互作用における高エネルギー輻射発生と輻射減衰 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岩田夏弥，長友英夫，川人大希，佐野孝好，松井隆太郎，福田祐仁，岸本泰明
  • 学会等名: レーザー励起X線源とその応用研究会
  • 発表場所: 山形県天童市
  • 年月日: 2016-12-15
• [学会発表] Efficient ion acceleration in the interaction of thin foil plasmas with a multi-ps high intensity laser (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Iwata, A. Yogo, K. Mima, S. Tosaki, K. Koga, H. Nagatomo, Y. Kishimoto, H. Nishimura and H. Azechi
  • 学会等名: US-Japan Workshop on laser-plasma interactions and high energy-density physics
  • 発表場所: アメリカ合衆国カリフォルニア州サンノゼ市
  • 年月日: 2016-11-04
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of efficient ion acceleration with multi-picosecond LFEX laser (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Iwata, A. Yogo, K. Mima, S. Tosaki, K. Koga, H. Nagatomo, Y. Kishimoto, H. Nishimura and H. Azechi
  • 学会等名: 58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics (APS-DPP2016)
  • 発表場所: アメリカ合衆国カリフォルニア州サンノゼ市
  • 年月日: 2016-10-31
  • 国際学会
• [学会発表] 高強度ピコ秒レーザーと固体薄膜との相互作用における電子温度時間発展を取り入れたプラズマ膨張理論とイオン加速モデル (2016)
  • 著者名/発表者名: 岩田夏弥, 余語覚文, 戸崎翔太, 古賀啓資, 長友英夫, 岸本泰明, 西村博明, 三間圀興, 疇地宏
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 石川県金沢市
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Radiation reaction in interactions between ultrahigh intensity laser fields and cluster media (2016)
  • 著者名/発表者名: Natsumi Iwata, Hideo Nagatomo, Daiki Kawahito, Takayoshi Sano, Ryutaro Matsui, Yuji Fukuda and Yasuaki Kishimoto
  • 学会等名: 6th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space, and Astrophysical Plasmas (EASW2016)
  • 発表場所: 茨城県つくば市
  • 年月日: 2016-07-11
  • 国際学会
• [学会発表] Electron heating and ion acceleration mechanisms in pico-second scale interactions between solid foil and high intensity lasers (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Iwata, A. Yogo, S. Tosaki, K. Koga, H. Nagatomo, Y. Kishimoto, H. Nishimura, K. Mima and H. Azechi
  • 学会等名: The 14th International workshop on fast ignition and high field physics with high power lasers (FIWS2016), Conference on Laser Energy Science (CLES2016)
  • 発表場所: 神奈川県横浜市
  • 年月日: 2016-05-17
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of radiation reaction in the interaction between cluster media and high intensity lasers in the radiation dominant regime (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Iwata, H. Nagatomo, Y. Fukuda, R. Matsui, D. Kawahito, Y. Kishimoto and H. Azechi
  • 学会等名: Japan-US Workshop on Theory and Simulation on the high energy density physics related to the inertial confinement fusion
  • 発表場所: 福井県福井市
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] Radiation damping effects in the interaction of cluster mediums with ultraintense laser fields (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Iwata, H. Nagatomo, D. Kawahito, Y. Fukuda, R. Matsui, Y. Kishimoto and H. Azechi
  • 学会等名: Outlook on Wake Field Acceleration: the Next Frontier
  • 発表場所: スイス連邦ジュネーヴ州ジュネーヴ市
  • 年月日: 2015-10-15
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of radiation reaction in ultrahigh-intensity laser interaction with cluster mediums (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Iwata, D. Kawahito, H. Nagatomo, Y. Fukuda, R. Matsui, Y. Kishimoto and H. Azechi
  • 学会等名: The Ninth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications (IFSA 2015)
  • 発表場所: アメリカ合衆国ワシントン州ベルビュー市
  • 年月日: 2015-09-20
  • 国際学会
• [学会発表] Ultraintense laser-matter interaction in the radiation dominant regime and its application to electron-positron pair production (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Iwata
  • 学会等名: Kyoto Workshop on Positron Science “Application of Quantum Beams in the Functional Materials Analysis”
  • 発表場所: 京都府宇治市
  • 年月日: 2015-06-04
  • 招待講演
• [学会発表] 超高強度レーザーとクラスター媒質との相互作用における輻射発生と輻射反作用の効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩田夏弥，長友英夫，岸本泰明，福田祐仁，疇地宏
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 東京都 早稲田大学 早稲田キャンパス
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] Interaction property between high power laser and cluster medium in the radiation dominant regime（輻射減衰領域における高強度レーザーとクラスター媒質との相互作用特性） (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩田夏弥，岸本泰明，福田祐仁，松井隆太郎，長友英夫，疇地宏
  • 学会等名: Plasma Conference 2014 (PLASMA2014)
  • 発表場所: 新潟県新潟市 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-11-18
• [学会発表] 輻射減衰領域におけるレーザーとクラスター媒質との相互作用に関するシミュレーション研究 (Numerical study of the interaction between laser and cluster medium in the radiation dominant regime) (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩田夏弥，岸本泰明，福田祐仁，松井隆太郎，長友英夫，疇地宏
  • 学会等名: 第15回光量子科学研究シンポジウム
  • 発表場所: 京都府木津川市 日本原子力研究開発機構 関西光科学研究所
  • 年月日: 2014-11-14