高速点火に向けたSuper-penetration Modeの確立

• 研究課題/領域番号: 15H02153
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 田中 和夫 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70171741)
• 研究分担者: 長友 英夫 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 准教授 (10283813) ; 坂上 仁志 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (30254452) ; 羽原 英明 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60397734)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2015年度)
• 配分額: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円); 2015年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)
• キーワード: Superpenetration / 超高強度レーザー / 高速点火レーザー核融合 / 超臨界密度

研究実績の概要

研究課題名に使用しているSuper-penetrationとは、超高強度レーザー（例えば、出力エネルギー１kJ、パルス幅１ピコ秒、波長１ミクロン、集光強度1019 W/cm2以上）を臨界密度を超える密度のプラズマに集光照射する際、代表者らが発見したレーザー光の自己集束モードであり、レーザー光の自己集束、レーザー光圧、レーザー光が誘起する相対論現象の三つのメカニズムを利用して高密度プラズマを安定に一本のチャンネルを形成しながら進入する現象である。代表者らは、この基礎研究からSuper-penetrationの物理的理解を進め最終的には、レーザー核融合研究の高速点火方式に応用しようと研究を進めた。
Super-penetration実験の基礎研究を進める準備としてトムソンパラボラ検出器を製作した。これは高速イオンのエネルギースペクトルを測定するために必要となる。イオンは、高速電子が発生する静電場により加速されエネルギーを得ると考えられており、Super-penetrationmodeにおいては、高速電子がレーザー光をガイドする形で、臨界密度超のプラズマを進み、レーザー光が集束してこれを追いかけることになる。この状態が生成されると高速電子の放出角は、10度程度と非常に狭くなり高速点火に非常に有利になることが判明しつつある。この高速電子の静電場により加速されるイオンも同様に狭い発散角で放出されるかどうかを確認することはSuper-penetrationモードの全体像理解に役立つ。
購入したCCD検出器はSuper-penetration光の後方的乱光のスペクトル計測に用いる。
上述した高速電子の振る舞いに関して、実験結果をPICシミュレーションを用いて説明し、自己生成磁場が高速電子の発散角を10度程度に抑えて居ることを明らかにし、レーザー光が臨界密度プラズマ中でどのような挙動を示すのかを明らかにした。この理解を論文として発表するのは、世界に先駆けたものである。二度の国際会議での招待講演発表においても注目を浴びた。

現在までの達成度 (段落)

27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

27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] Slowdown mechanisms of ultraintense laser propagation in critical density plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Iwawaki, H. Habara, T. Yabuuchi, M. Hata, H. Sakagami, and K.A. Tanaka
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 92 号: 1 ページ: 013106-013106
  • DOI: 10.1103/physreve.92.013106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two plasmonic mode excitation using a double-step rectangle grating (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Mishima, H. Habara, and K. A. Tanaka
  • 雑誌名: Journal of the Optical Society of America B 巻: 32 ページ: 1804-1808
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Production of Fast Electron Via Surface Plasmon Resonance Induced by Intense Laser Light (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Mishima, H. Habara, Parshant K. Singh, Amitava Adak, Gourab Chatterjee, Amit D. Lad, P. Brijesh, Malay Dalui, M. Inoue, J. Jha, Sheroy Tata, T. Madhu Trivikram, M. Krishinamurthy, G. Ravindra Kumar, K. A. Tanaka
  • 雑誌名: The Review of Laser Engineering 巻: 43 ページ: 638-642
  • NAID: 40020602144
  • 査読あり
• [学会発表] Collimated fast electron generation in critical density plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Iwawaki, H. Habara, S. Baton, K. Morita, J. Fuchs, S. Chen, M. Nakatsutsumi, C. Rousseaux, F. Filippi, W. Nazarov, and K.A. Tanaka
  • 学会等名: Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 発表場所: Seatle, U.S.A.
  • 年月日: 2015-09-21
• [学会発表] Slowdown mechanisms of ultraintense laser propagation in critical density plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Iwawaki, H. Habara, S. Baton, K. Morita, J. Fuchs, S. Chen, M. Nakatsutsumi, C. Rousseaux, F. Filippi, W. Nazarov, and K.A. Tanaka
  • 学会等名: Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 発表場所: Seatle, U.S.A.
  • 年月日: 2015-09-21
• [学会発表] Collimated fast electron generation in critical density plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Iwawaki, H. Habara, T. Yabuuchi, M. Hata, H. Sakagami, and K.A. Tanaka
  • 学会等名: US-Japan Fast Ignition Workshop
  • 発表場所: UCSD U.S.A.
  • 年月日: 2015-08-31
• [学会発表] Slowdown mechanisms of ultraintense laser propagation in critical density plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Iwawaki, H. Habara, T. Yabuuchi, M. Hata, H. Sakagami, and K.A. Tanaka
  • 学会等名: US-Japan Fast Ignition Workshop
  • 発表場所: UCSD U.S.A.
  • 年月日: 2015-08-31