ナノ構造体による準単色陽子ビームの生成とコンパクト中性子源の開発

• 研究課題/領域番号: 17H02812
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 量子ビーム科学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 村上 匡且 大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (80192772)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円); 2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2019年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: マイクロバブル物理の解明 / 理論シミュレーション / ナノ構造体 / レーザーイオン加速 / ナノ構造ターゲット / レーザー / プロトンビーム / 理論モデル / クラスター加速 / 中性子生成

研究成果の概要

本研究を通して得られた一連の成果は、マイクロバブル爆縮という極めてユニークな物理コンセプトが世界に大きなイ ンパクトを与えたこと、そして相対論から 量子論に至る幅広い基礎研究プラットフォームを形成するこ とで多種多様な研究へと発展し得ることを示唆している。今後、この新たな物理現象を通じてレー ザー 科学・高エネルギー密度物理学・宇宙物理学等における新たな研究潮流の創生が期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来、電子・陽電子の対生成は超高強度のレーザーの対向照射による光子-光子衝突が 議論されてきた。これに対し、今回のように“球収縮による幾何学的圧縮効果”を利用して“角砂糖大で数 百 kg”に匹敵する超高密度にまでプロトンを圧縮し、その結果生成される超高静電場により電子・陽電 子対生成雪崩を誘導しようという物理コンセプトは世界初であり類似研究・先行研究は一切無い。

研究成果

• [国際共同研究] レベデフ物理研究所（モスクワ）(ロシア連邦)
• [国際共同研究] マドリッド工科大学(スペイン)
• [雑誌論文] Generation of ultrahigh field by micro-bubble implosion (2020)
  • 著者名/発表者名: Murakami M.、Arefiev A.、Zosa M. A.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-018-25594-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of megatesla magnetic fields by intense-laser-driven microtube implosions (2020)
  • 著者名/発表者名: Murakami M.、Honrubia J. J.、Weichman K.、Arefiev A. V.、Bulanov S. V.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-020-73581-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Birefringence in thermally anisotropic relativistic plasmas and its impact on laser?plasma interactions (2020)
  • 著者名/発表者名: Arefiev A.、Stark D. J.、Toncian T.、Murakami M.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 27 号: 6 ページ: 063106-063106
  • DOI: 10.1063/5.0008018
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of quasi-monoenergetic ions using optimized hollow nano spheres (2020)
  • 著者名/発表者名: Myles-Allen Oosa, Masakatsu MURAKAMI
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 27 号: 3 ページ: 033103-033103
  • DOI: 10.1063/1.5132822
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relativistic proton emission from ultrahigh- energy-density nanosphere generated by microbubble implosion (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Murakami, A. Arefiev, M. A. Zosa, J. K. Koga, and Y. Nakamiya
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 26 号: 4 ページ: 043112-043112
  • DOI: 10.1063/1.5093043
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Probing and possible application of the QED vacuum with microbubble implosions induced by ultra-intense laser pulses (2019)
  • 著者名/発表者名: J.K. Koga, M. Murakami, A. Arefiev, and Y. Nakamiya
  • 雑誌名: Matter Radiation. Extremes 巻: 4 号: 3
  • DOI: 10.1063/1.5086933
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ion beam bunching via phase rotation in cascading laser-driven ion acceleration (2018)
  • 著者名/発表者名: H. C. Wang, S. M. Weng, M. Liu, M. Chen, M. Q. He, Q. Zhao, M. Murakami, and Z. M. Sheng
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 25 号: 8
  • DOI: 10.1063/1.5051522
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] On Intense Proton Beam Generation and Transport in Hollow Cones (2017)
  • 著者名/発表者名: J. J. Honrubia, A. Morace, M. Murakami
  • 雑誌名: Matter and Radiation at Extremes 巻: 2 号: 1 ページ: 28-36
  • DOI: 10.1016/j.mre.2016.11.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] Optimization of laser illumination configuration for directly driven inertial confinement fusion (2017)
  • 著者名/発表者名: Masakatsu Murakami and Daiki Nishi
  • 雑誌名: Matter and Radiation at Extremes 巻: 2 号: 2 ページ: 55-68
  • DOI: 10.1016/j.mre.2016.12.002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] マイクロバブルを使った超高場の生成とシュウインガー極限への挑戦 (2020)
  • 著者名/発表者名: 村上匡且
  • 学会等名: プラズマ核融合学会
  • 招待講演
• [学会発表] Generation of ultrahigh field by micro bubble implosion (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Murakami
  • 学会等名: APS-DPP
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrahigh field generation by micro bubble implosion (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Murakami, A. Arefiev, M.A. Oosa
  • 学会等名: ECLIM2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] マイクロバブル爆縮による超高場の生成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村上匡且
  • 学会等名: 日本プラズマ核融合学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Generation of ultrahigh field by micro-bubble implosion (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Murakami
  • 学会等名: 3rd International Conference on Matter and Radiation at Extreme
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Instant Heating and Proton Acceleration with nm to um Targets (2017)
  • 著者名/発表者名: Masakatsu Murakami and Javier Honrubia
  • 学会等名: 2nd International Conference on Matter and Radiation at Extreme
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Advanced Neutron-Free Proton-Boron Inertial Fusion Target Design (2017)
  • 著者名/発表者名: Masakatsu Murakami and Myles-Allen Zosa
  • 学会等名: 10th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 国際学会
• [学会発表] Quasimonoenergetic Proton Generation for Compact Neutron Sources (2017)
  • 著者名/発表者名: Masakatsu Murakami and Myles-Allen Zosa
  • 学会等名: 1st Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Expansion of Non-Quasi-Neutral Limited Plasmas Driven by Two-Temperature Electron Clouds (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Murakami and M-A. Zosa
  • 学会等名: APS
  • 国際学会