ギガバール科学の開拓

• 研究課題/領域番号: 17H02996
• 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: プラズマ科学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 重森 啓介 大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (50335395)
• 研究分担者: 境家 達弘 大阪大学, 理学研究科, 助教 (60452421) ; 尾崎 典雅 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70432515)
• 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: 16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円); 2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2019年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2018年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2017年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
• キーワード: 高エネルギー密度科学 / 超高圧力 / 高強度レーザー / 高速電子 / ナノワイヤーアレイ / 強磁場構造 / 衝撃波 / ナノワイヤー / XFEL / 高圧力 / レーザープラズマ不安定性 / X線自由電子レーザー / 高エネルギー密度 / 爆縮 / 超高強度レーザー / 高密度プラズマ

研究成果の概要

本課題では，ギガバール（10億気圧）という超高圧力条件下を高強度レーザーで実現し，高エネルギー密度科学研究に資するプラットフォームを形成するとともに，その応用分野を探るものである．4年間の研究期間において，大きく分けて2つのアプローチでこのギガバール領域の圧力発生法の開発およびその物理機構を解明した．①高強度レーザー照射によって発生するアブレーションによる圧力発生において，レーザープラズマ相互作用によって発生する高速電子を有効活用するスキームを開発した．②表面にナノワイヤー構造をもつ試料を超高強度レーザーで照射し，試料表面での吸収率を向上させることにより超高圧力状態を得ることに成功した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

ギガバールという超高圧力状態は，これまで核実験や巨大なレーザー施設を用いてのみ得られる稀有な条件であり，この状態を応用することにより天文学や新たな物質状態を得られる可能性を秘めているものの，適用が困難であった．本研究により，比較的小規模な施設でもこの極限状態を得られることが証明されたことにより，地球や惑星内部物質の構造や星の進化などの学術研究を始め，近年高度化しているレーザー加工の分野，さらにこの状態で起こる相転移などの状態変化を応用した新物質創成など，新たな学術分野や産業応用への波及が期待される．

研究成果

• [国際共同研究] ボルドー大学(フランス)
• [国際共同研究] CNR-INO(イタリア)
• [雑誌論文] Bremsstrahlung cannon design for shock ignition relevant regime (2021)
  • 著者名/発表者名: Koester P.、Baffigi F.、Cristoforetti G.、Labate L.、Gizzi L. A.、Baton S.、Koenig M.、Cola?tis A.、Batani D.、Casner A.、Raffestin D.、Tentori A.、Trela J.、Rousseaux C.、Boutoux G.、Brygoo S.、Jacquet L.、Reverdin C.、Le Bel E.、Le-Deroff L.、Theobald W.、Shigemori K.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 92 号: 1 ページ: 013501-013501
  • DOI: 10.1063/5.0022030
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Surface structure on diamond foils generated by spatially nonuniform laser irradiation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kato Hiroki、Nagatomo Hideo、Nakai Mitsuo、Sakaiya Tatsuhiro、Terasaki Hidenori、Kondo Tadashi、Hironaka Yoichiro、Shimizu Katsuya、Shigemori Keisuke
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 9017-9017
  • DOI: 10.1038/s41598-020-66036-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dependences of morphology and surface roughness on growth conditions of diamond capsules for the direct-drive inertial confinement fusion (2020)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki T.、Kawasaki K.、Yamada H.、Ohmagari S.、Takeuchi D.、Chayahara A.、Mokuno Y.、Hironaka Y.、Shigemori K.
  • 雑誌名: High Energy Density Physics 巻: 37 ページ: 100849-100849
  • DOI: 10.1016/j.hedp.2020.100849
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of residual stress field in metal by an interference shock wave (2020)
  • 著者名/発表者名: Hironaka Yoichiro、Miura Eisuke、Miyanishi Kohei、Shigemori Keisuke、Matsuoka Takeshi、Ozaki Norimasa、Kurita Takashi、Kabeya Yuki、Watari Takeshi、Mizuta Yoshio、Kuroda Ryunosuke、Kodama Ryosuke
  • 雑誌名: High Energy Density Physics 巻: 37 ページ: 100864-100864
  • DOI: 10.1016/j.hedp.2020.100864
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The role of hot electrons on ultrahigh pressure generation relevant to shock ignition conditions (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Koki、Hironaka Yoichiro、Maeda Yuto、Iwasaki Toshihiro、Tanaka Daisuke、Miyanishi Kohei、Nagatomo Hideo、Fujioka Shinsuke、Ozaki Norimasa、Kodama Ryosuke、Matsuoka Takeshi、Batani Dimitri、Trela Jocelag、Nicolai Phillipe、Shigemori Keisuke
  • 雑誌名: High Energy Density Physics 巻: 37 ページ: 100892-100892
  • DOI: 10.1016/j.hedp.2020.100892
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Preliminary results from the LMJ-PETAL experiment on hot electrons characterization in the context of shock ignition (2020)
  • 著者名/発表者名: Baton S.D.、Cola?tis A.、Rousseaux C.、Boutoux G.、Brygoo S.、Jacquet L.、Koenig M.、Batani D.、Casner A.、Bel E. Le、Raffestin D.、Tentori A.、Tikhonchuk V.、Trela J.、Reverdin C.、Le-Deroff L.、Theobald W.、Cristoforetti G.、Gizzi L.A.、Koester P.、Labate L.、Shigemori K.
  • 雑誌名: High Energy Density Physics 巻: 36 ページ: 100796-100796
  • DOI: 10.1016/j.hedp.2020.100796
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of ultra-high energy density state with x-ray free electron laser SACLA (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeda , Y. Hironaka , T. Iwasaki , K. Kawasaki , Y. Sakawa , T. Izumi , M. Ota , S. Egashira ,Y. Nakagawa, N. Higashi, Y. Sentoku, R. Kodama, N. Ozaki, T. Matsuoka, T. Somekawa, T. Yabuuchi, Y. Inubushi, T. Togashie, A. Kone, K. Sueda, K. Miyanishi, S. Shingubara, T. Shimizu, A. Okumura, K. Shigemori
  • 雑誌名: High Energy Density Physics 巻: 36 ページ: 100813-100813
  • DOI: 10.1016/j.hedp.2020.100813
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurements of Rayleigh?Taylor instability growth of?laser-shocked iron?silicon alloy (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakaiya Tatsuhiro、Terasaki Hidenori、Akimoto Kosaku、Kato Hiroki、Ueda Taichi、Hosogi Ryota、Fujikawa Takashi、Kondo Tadashi、Hironaka Yoichiro、Shigemori Keisuke
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 39 号: 1 ページ: 150-159
  • DOI: 10.1080/08957959.2019.1575966
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3 × 10⁸D-D Neutron Generation by High-Intensity Laser Irradiation onto the Inner Surface of Spherical CD Shells (2018)
  • 著者名/発表者名: SATOH Nakahiro、WATARI Takeshi、NISHIHARA Katsunobu、MATSUKADO Koji、YOSHIMURA Ryo、AKIYAMA Naoki、TAKAGI Masaru、KAWASHIMA Toshiyuki、ABE Yuki、ARIKAWA Yasunobu、SUNAHARA Atsushi、HIRONAKA Yoichiro、SHIGEMORI Keisuke、FUJIOKA Shinsuke、NAKAI Mitsuo、AZECHI Hiroshi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 13 号: 0 ページ: 2401028-2401028
  • DOI: 10.1585/pfr.13.2401028
  • NAID: 130007396440
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2018-04-24
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and characterization of diamond capsules for direct-drive inertial confinement fusion (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato, H., Yamada, H., Ohmagari, S., Chayahara, A., Mokuno, Y., Fukuyama, Y., Fujiwara, N., Miyanishi, K., Hironaka, Y., Shigemori, K.
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials 巻: 86 ページ: 15-19
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2018.04.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of equation of state on laser imprinting by comparing diamond and polystyrene foils (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato H.、Shigemori K.、Nagatomo H.、Nakai M.、Sakaiya T.、Ueda T.、Terasaki H.、Hironaka Y.、Shimizu K.、Azechi H.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 25 号: 3 ページ: 032706-032706
  • DOI: 10.1063/1.5018906
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 直接照射型レーザー核融合におけるダイヤモンド燃料カプセルの適用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 重森 啓介、川﨑 昂輝、田中 大裕、長友 英夫、三間 圀興、山田 英明
  • 学会等名: レーザー学会 学術講演会 第41回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] The First Direct- Drive Implosion Experiment of Polycrystalline Diamond Capsules at GEKKO Laser Facility (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Kawasaki, D. Tanaka, H. Yamada, S. Ohmagari, Y. Mokuno, A. Chayahara, Y. Maeda, T. Tamagawa, Y. Hironaka, K. Shigemori
  • 学会等名: The 16th Direct Drive and Fast Ignition Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] レーザー生成プラズマにおけるプラズマ-固相の動的境界 (2021)
  • 著者名/発表者名: 重森啓介
  • 学会等名: 日本物理学会 第76回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] ナノワイヤーアレイにおける超高強度レーザー吸収輸送機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 前田優斗, 弘中陽一郎, 川崎昂輝, 坂和洋一, 太田雅人, 江頭俊輔, 中川義治, 千徳靖彦, 岩田夏弥, 長友英夫, 兒玉了祐, 尾崎典雅, 染川智弘, 宮西宏併, 末田敬一, 籔内俊毅, 犬伏雄一, 富樫格, 今亮, 新宮原正三, 清水智弘, 佐々木涼, 重森啓介
  • 学会等名: 日本物理学会 第76回年次大会
• [学会発表] レーザー核融合の衝撃波点火方式における高速電子の衝撃波圧力に及ぼす影響の評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 川﨑昂輝, 弘中陽一郎, 前田優斗, 玉川拓実, 田中大裕, 長友英夫, 藤岡慎介, 梅田悠平, 片桐健登, 尾崎典雅, 兒玉了祐, D. Batani, J. Trela, P. Nicolai, D. Mancelli, G. Cristoforetti, 重森啓介
  • 学会等名: 日本物理学会 第76回年次大会
• [学会発表] 衝撃点火方式におけるレーザープラズマ相互作用評価のための計測系の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 玉川拓実, 弘中陽一郎, 前田優斗, 川崎昂輝, 田中大裕, 尾崎典雅, 兒玉了祐, 瀧澤龍之介, 藤岡慎介, 余語覚文, D. Batani, G. Cristoforetti, 重森啓介
  • 学会等名: 日本物理学会 第76回年次大会
• [学会発表] ナノワイヤーアレイにおける超高強度レーザー吸収輸送機構の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 前田優斗, 弘中陽一郎, 川崎昂輝, 坂和洋一, 太田雅人, 江頭俊輔, 中川義治, 千徳靖彦, 岩田夏弥, 長友英夫, 兒玉了祐, 尾崎典雅, 染川智弘, 宮西宏併, 末田敬一, 籔内俊毅, 犬伏雄一, 富樫格, 今亮, 新宮原正三, 清水智弘, 佐々木涼, 重森啓介
  • 学会等名: 第37回 プラズマ・核融合学会 年会
• [学会発表] レーザー核融合の衝撃波点火方式における高速電子の衝撃波圧力に及ぼす影響の評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川﨑昂輝, 弘中陽一郎, 前田優斗, 玉川拓実, 田中大裕, 長友英夫, 藤岡慎介, 梅田悠平, 片桐健登, 尾崎典雅, 兒玉了祐, D. Batani, J. Trela, P. Nicolai, D. Mancelli, G. Cristoforetti, 重森啓介
  • 学会等名: 第37回 プラズマ・核融合学会 年会
• [学会発表] 超高強度レーザー照射ナノワイヤーターゲットにおける超高エネルギー密度状態の生成と観測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 前田優斗
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会 第40回年次大会
• [学会発表] 直接照射型慣性学融合用ダイヤモンドカプセルの形態と表面粗さの合成条件への依存性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岩崎稔広
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会 第40回年次大会
• [学会発表] The role of hot electrons on ultrahigh pressure generation relevant to shock ignition conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Shigemori
  • 学会等名: 3rd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The role of hot electrons on ultrahigh pressure generation relevant to shock ignition conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Shigemori
  • 学会等名: 11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of Ultra-High Energy Density State with X-Ray Free Electron Laser SACLA (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeda
  • 学会等名: 11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 国際学会
• [学会発表] Morphology and Surface Roughness on Growth Condition of Diamond Capsule for Direct-Drive Inertial Confinement Fusion (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Iwasaki
  • 学会等名: 11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 国際学会
• [学会発表] In-Situ Observation of Crystal Structure Transitions of Austenitic Stainless Steel Under Shock Compression and Release Using X-Ray Free Electron Laser (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Miyanishi
  • 学会等名: 11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 国際学会
• [学会発表] Small angle X-Ray Scattering with Sub-Micron Rod-assembly Target at SACLA (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Ota
  • 学会等名: 11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 国際学会
• [学会発表] Structure and Distribution of Quenched High-Pressure Polymorph in Laser-Shocked Silica (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Kondo
  • 学会等名: 11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 国際学会
• [学会発表] 超高強度レーザー照射ナノワイヤーターゲットにおける超高エネルギー密度状態の観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 前田優斗
  • 学会等名: 第36回 プラズマ・核融合学会 年会
• [学会発表] X線自由電子レーザーSACLAによる超高エネルギー密度状態の生成と観測 (1) 研究の概要 (2019)
  • 著者名/発表者名: 重森啓介, 宮西宏併, 前田優斗, 弘中陽一郎, 福山祐司, 藤原宇央, 加藤弘樹, 岩崎稔広, 坂和洋一, 泉智大, 江頭俊一, 千徳靖彦, 尾崎典雅, 松岡健之, 兒玉了祐, 染川智弘, 籔内俊毅, 末田敬一, 犬伏雄一, 富樫格, 今亮
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] X線自由電子レーザーSACLAによる超高エネルギー密度状態の生成と観測 (2) X線シャドウグラフ像の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 前田優斗, 宮西宏併, 弘中陽一郎, 福山祐司, 藤原宇央, 加藤弘樹, 岩崎稔広, 坂和洋一, 泉智大, 江頭俊一, 千徳靖彦, 尾崎典雅, 松岡健之, 兒玉了祐, 染川智弘, 籔内俊毅, 末田敬一, 犬伏雄一, 富樫格, 今亮, 重森啓介
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] X線自由電子レーザーSACLAによる超高エネルギー密度状態の生成と観測 (3)エネルギー吸収・輸送ダイナミクス (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮西宏併, 前田優斗, 弘中陽一郎, 福山祐司, 藤原宇央, 加藤弘樹, 岩崎稔広, 坂和洋一, 泉智大, 江頭俊一, 千徳靖彦, 尾崎典雅, 松岡健之, 兒玉了祐, 染川智弘, 籔内俊毅, 末田敬一, 犬伏雄一, 富樫格, 今亮, 重森啓介
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] Observation of ultra-high energy density state in nanowire allay target with x-ray free electron laser SACLA (2018)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shigemori, Kohei Miyanishi, Yuji Fukuyama, Neo Fujiwara, Yuto Maeda, Youichi Sakawa, Yoichiro Hironaka, Yasuhiko Sentoku, Takeshi Matusoka, Toshihiro Somekawa, Norimasa Ozaki, Ryosuke Kodama, Toshinori Yabuuchi, Akira Kon, Yuichi Inubuchi
  • 学会等名: 60th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] 超高圧力発生におけるレーザー・プラズマ相互作用による高速電子の寄与 (2018)
  • 著者名/発表者名: 福山 祐司，重森 啓介， 弘中 陽一郎，宮西 宏併，加藤 弘樹，藤原 宇央，尾崎 典雅，松岡 健之，梅田 悠平，硲 峻，片桐 健登， 西川 豊人，細見 実，向井 啓一郎B，向井 幹二，上村 伸樹，寒河江 大輔，森岡 信太郎，李 昇浩，藤岡 慎介， 西村 博明，中井 光男，兒玉 了祐
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会 第38回年次大会
• [学会発表] Ultrahigh pressure generation with laser-produced hot electrons (2018)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shigemori
  • 学会等名: 14th Direct-Drive and Fast-Ignition Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] 超高圧力発生におけるレーザー・プラズマ相互作用による高速電子の寄与 (2017)
  • 著者名/発表者名: 福山 祐司，重森 啓介， 弘中 陽一郎，宮西 宏併，加藤 弘樹，藤原 宇央，尾崎 典雅，松岡 健之，梅田 悠平，硲 峻，片桐 健登， 西川 豊人，細見 実，向井 啓一郎B，向井 幹二，上村 伸樹，寒河江 大輔，森岡 信太郎，李 昇浩，藤岡 慎介， 西村 博明，中井 光男，兒玉 了祐
  • 学会等名: Plasma Conference 2017