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ペタワットレーザーによるメガテスラ級極超高磁場生成の原理実証

研究課題

研究課題/領域番号 21H04454
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分14:プラズマ学およびその関連分野
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)

研究分担者 藤岡 慎介  大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (40372635)
Law KingFaiFarley  大阪大学, レーザー科学研究所, 特任助教(常勤) (50888427)
安部 勇輝  大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (70817543)
余語 覚文  大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (50421441)
研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
36,790千円 (直接経費: 28,300千円、間接経費: 8,490千円)
2025年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2024年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2023年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2022年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2021年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
キーワード超高強磁場生成 / スネイルターゲット / ペタワットレーザー / ホットエレクトロン生成 / メガテスラ磁場の生成 / 超高強度レーザー / メガテスラ / 粒子シミュレーション / メガテスラ磁場 / 高エネルギー密度物理 / マイクロチューブ / 原理実証
研究開始時の研究の概要

新たな物理コンセプト「マイクロチューブ爆縮」に基づき、これまで実験室で観測された最高磁場である1~2キロテスラよりも更に100~1000倍以上高い前人未踏のメガテスラ(MT)級の極超高磁場をペタワットレーザーを使った実験で実証すること である。

研究実績の概要

これまで発表した成果においては、超高強度磁場 生成にはkT級の種磁場が不可欠であったが、最近の研究で、ターゲット内部にタービン様の微細構造を持たせると、一定方向の相対論的エネルギーを持つ電子渦流(図3右)が中心部に起こり、結果として超高磁場生成プロセスを簡 単化できることがわかってきた。加えて、その特殊微細構造を持つマイクロチューブを円環 状にすることで、ファラデーの法則により誘起される超高電場が、荷電粒子 を円環平面に垂直な方向に沿って加速する。これら内外における全く新たな幾何構造の導入 が本コンセプトにおいて中心的役割を果たし、荷電粒子を加速する基本原理を成すことが明らかとなった。令和5年度の研究実績としては,LFEXを二つのスネール・ターゲットに照射することで、2次元シミュレーション結果を実現するために必要な空間的に一様な種磁場の生成に成功したことである。スネールターゲットは,帯状の金属箔を円筒状に曲げたターゲット である。スネール・ターゲットの一部に高強度レーザーを集光照射すると、レーザーとプラズマの相互作用によって高エネルギーの電子が加速され、スネール・ ターゲットの外に飛び出し、スネール・ターゲットの中で電荷分布の偏り が生じる.電荷分布の偏りが電流を駆動し、スネール・ターゲットの表面に沿って円筒 形で1メガア ンペア相当の電流が流れる。この電流がスネール・ターゲットの内部に磁場を生じさせる。また、レーザー照射前後でのダブル・スネール・ ターゲットと円筒ターゲットのプロトン・ラジオグラフィの鮮明な画像も得られた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

令和5年度における主たる目標である「ターゲットの基本設計ならびにLFEXレーザーシステムを使った種磁場生成のための基礎ダイナミクスの調査」に関して、 当初の目的を達成している。

今後の研究の推進方策

高強度磁場生成に対する様々な試みが続けられているが、実験的に観測された磁場強度は1キロテスラから2キロテスラのレベルに留まり、未だその実験値を凌駕できていないのが現状である。 今後のレーザー実験では (1)新原理の原理実証を行うとともに、(2) 本研究では、世界最高クラスのパワーとエネルギーを有するペタワットレーザーLFEX(阪大レーザー研)を使い10から100キロテスラ級の磁場生成 に挑む。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 6件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] UPM(スペイン)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] UCSD(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ELI(チェコ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Lebedev Physics Institute(ロシア連邦)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Laser-Driven Neutron Generation Realizing Single-Shot Resonance Spectroscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Yogo A.、Lan Z.、Arikawa Y.、Abe Y.、Mirfayzi S.?R.、Wei T.、Mori T.、Golovin D.、Hayakawa T.、Iwata N.、Fujioka S.、Nakai M.、Sentoku Y.、Mima K.、Murakami M.、Koizumi M.、Ito F.、Lee J.、Takahashi T.、Hironaka K.、Kar S.、Nishimura H.、Kodama R.
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: 13 号: 1 ページ: 011011-011011

    • DOI

      10.1103/physrevx.13.011011

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Laser-driven electrodynamic implosion of fast ions in a thin shell2023

    • 著者名/発表者名
      Yu Gus'kov, Ph. Korniev, and M. Murakami
    • 雑誌名

      Latter and Radiation at Extremes

      巻: 8 号: 5

    • DOI

      10.1063/5.0156113

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ion acceleration from aluminum foil coated with a gold nanolayer irradiated by ultrashort laser pulses2023

    • 著者名/発表者名
      D. Balusu, B. Ramakrishna, and M. Murakami
    • 雑誌名

      Phys. Plasmas

      巻: 31 号: 1

    • DOI

      10.1063/5.0185875

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Picosecond snapshot imaging of electric fields induced on a cone guide target designed for fast ignition scenario2022

    • 著者名/発表者名
      Shi Binghe、Yogo Akifumi、Okamoto Kazuki、Golovin Daniil、Mirfayzi Seyed Reza、Morace Alessio、Arikawa Yasunobu、Yamanoi Kohei、Abe Yuki、Murakami Masakatsu、Gu Yanjun、et al.
    • 雑誌名

      Journal of Plasma Physics

      巻: 88 号: 4 ページ: 905880404-905880404

    • DOI

      10.1017/s0022377822000599

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Ion Acoustic Shock Wave Formation and Ion Acceleration in the Interactions of Pair Jets with Electron?ion Plasmas2022

    • 著者名/発表者名
      Huang Jian、Weng Su-Ming、Wang Xin、Zhong Jia-Yong、Zhu Xing-Long、Li Xiao-Feng、Chen Min、Murakami Masakatsu、Sheng Zheng-Ming
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 931 号: 1 ページ: 36-36

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac66e1

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Progress in relativistic laser?plasma interaction with kilotesla-level applied magnetic fields2022

    • 著者名/発表者名
      Weichman K.、Robinson A. P. L.、Murakami M.、Santos J. J.、Fujioka S.、Toncian T.、Palastro J. P.、Arefiev A. V.
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 29 号: 5 ページ: 053104-053104

    • DOI

      10.1063/5.0089781

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Microbubble implosions in finite hollow spheres2022

    • 著者名/発表者名
      Zosa M. A. H.、Murakami M.
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 29 号: 1 ページ: 013105-013105

    • DOI

      10.1063/5.0068815

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 100-kT magnetic field generation using paisley targets by femtosecond laser?plasma interactions2022

    • 著者名/発表者名
      Zosa M.-A. H.、Gu Y. J.、Murakami M.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 120 号: 13 ページ: 132403-132403

    • DOI

      10.1063/5.0081115

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Laser scaling for generation of megatesla magnetic fields by microtube implosions2021

    • 著者名/発表者名
      Shokov D.、Murakami M.、Honrubia J.J.
    • 雑誌名

      High Power Laser Science and Engineering

      巻: 9 ページ: 1-17

    • DOI

      10.1017/hpl.2021.46

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Magnetic field amplification driven by the gyro motion of charged particles2021

    • 著者名/発表者名
      Gu Yan-Jun、Murakami Masakatsu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1038/s41598-021-02944-2

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Generation of electron ? positron pairs by laser-ion implosion of a target with a spherical microbubble inside2021

    • 著者名/発表者名
      Serebryakov D.A.、Kostyukov I.Yu.、Murakami M.
    • 雑誌名

      Quantum Electronics

      巻: 51 号: 9 ページ: 795-800

    • DOI

      10.1070/qel17611

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Application of micro cavity implosion to fusion2024

    • 著者名/発表者名
      M. Murakami
    • 学会等名
      High Energy Density Physics
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Microcavity implosions for the generation of extreme electric fields and ultrahigh magnetic fields2023

    • 著者名/発表者名
      M. Murakami
    • 学会等名
      PHFS国際会議
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] マイクロノズルを使ったレーザープロトン加速2023

    • 著者名/発表者名
      村上匡且
    • 学会等名
      プラズマ核融合・第40回年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Generation of energetic proton beam by expanding nozzle acceleration2023

    • 著者名/発表者名
      M. Murakami
    • 学会等名
      HPLSE国際会議
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Laser scaling for generation of megatesla magnetic fields by microtube implosions2022

    • 著者名/発表者名
      D. Shokov and M. Murakami
    • 学会等名
      OPIC 国際会議
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultra-high compression and ion acceleration in finite-sized hollow spherical targets via microbubble implosion2022

    • 著者名/発表者名
      M-A. H. Zosa and M. Murakami
    • 学会等名
      OPIC国際会議
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Laser scaling for generation of megatesla magnetic fields by microtube implosions2022

    • 著者名/発表者名
      M. Murakami and D. Shokov
    • 学会等名
      COLA2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Microcavity Implosions for Generation of Ultrahigh Electric Fields and Megatesla Magnetic Fields2022

    • 著者名/発表者名
      M. Murakami et al.
    • 学会等名
      AAPPS国際会議
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Vortex-driven ultrahigh magnetic field generation2022

    • 著者名/発表者名
      M. Murakami
    • 学会等名
      APS会議
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Laser scaling for generation of megatesla magnetic fields by microtube implosions2021

    • 著者名/発表者名
      M. Murakami
    • 学会等名
      International symposium on nonlinear wave physics
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Generation of megatesla magnetic fields by microtube implosions2021

    • 著者名/発表者名
      M. Murakami
    • 学会等名
      HPLSE2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] Quest for ultrahigh field generation

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=eL4w1uGRk4U&t=7s

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] プラズマ・流体物理学(TLPグループ)

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=2mlavyy7V2I&t=139s

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-04-17  

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