界面不安定性による磁化プラズマの乱流混合過程の解明とその実験的検証

• 研究課題/領域番号: 26287147
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 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: 佐野 孝好 大阪大学, レーザー科学研究所, 助教 (80362606)
• 研究分担者: 森田 太智 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (30726401) ; 西原 功修 大阪大学, レーザー科学研究所, 名誉教授 (40107131) ; 坂和 洋一 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (70242881)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2015年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2014年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
• キーワード: レーザー宇宙物理学 / 磁気流体不安定 / レーザー実験 / レーザー宇宙物理 / プラズマ・核融合 / 天体物理学 / 流体力学 / レーザープラズマ実験 / 磁気流体シミュレーション / 強磁場 / 流体不安定

研究成果の概要

本研究は磁化プラズマ中での界面不安定を数値計算及びレーザー宇宙物理実験を用いて解析した。理論的には、磁気流体シミュレーションと界面シートモデルを用いて、リヒトマイヤー・メシュコフ不安定における磁場の役割として、磁場増幅と不安定抑制の効果があることを明らかにした。理論モデルを検証するため、大阪大学の激光レーザーを用いたレーザープラズマ実験を実施した。平成29年度の実験では、可視光のシャドウグラフ計測で、界面擾乱が不安定成長する様子を捉えることに成功した。さらに、B-dotプローブを用いた磁場計測にも成功し、界面不安定によって駆動された乱流中で増幅された磁場の信号を捕らえることができた。

研究成果

• [国際共同研究] LULI/CEA(フランス)
• [国際共同研究] LULI/CEA(フランス)
• [国際共同研究] Universidad de Castilla-La Mancha(Spain)
• [国際共同研究] LULI(France)
• [雑誌論文] Broadening of cyclotron resonance conditions in the relativistic interaction of an intense laser with overdense plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: Sano Takayoshi、Tanaka Yuki、Iwata Natsumi、Hata Masayasu、Mima Kunioki、Murakami Masakatsu、Sentoku Yasuhiko
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 96 号: 4 ページ: 043209-043209
  • DOI: 10.1103/physreve.96.043209
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Interaction of a highly radiative shock with a solid obstacle (2017)
  • 著者名/発表者名: Koenig M.、Michel Th.、Yurchak R.、Michaut C.、Albertazzi B.、Laffite S.、Falize E.、Van Box Som L.、Sakawa Y.、Sano T.、Hara Y.、Morita T.、Kuramitsu Y.、Barroso P.、Pelka A.、Gregori G.、Kodama R.、Ozaki N.、Lamb D.、Tzeferacos P.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 24 号: 8 ページ: 082707-082707
  • DOI: 10.1063/1.4996010
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spatial and temporal plasma evolutions of magnetic reconnection in laser produced plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: Khasanah N.、Peng C.W.、Chen C.H.、Huang T.Y.、Bolouki N.、Moritaka T.、Hara Y.、Shimogawara H.、Sano T.、Sakawa Y.、Sato Y.、Tomita K.、Uchino K.、Matsukiyo S.、Shoji Y.、Tomita S.、Tomiya S.、Yamazaki R.、Koenig M.、Kuramitsu Y.
  • 雑誌名: High Energy Density Physics 巻: 23 ページ: 15-19
  • DOI: 10.1016/j.hedp.2017.02.004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetohydrodynamics of laser-produced high-energy-density plasma in a strong external magnetic field (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuo, H. Nagatomo, Z. Zhang, P. Nicolai, T. Sano, S. Sakata, S. Kojima, S. Ho Lee, K.F.F. Law, Y. Arikawa, Y. Sakawa, T. Morita, Y. Kuramitsu, S. Fujioka, H. Azechi
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 95 号: 5 ページ: 053204-053204
  • DOI: 10.1103/physreve.95.053204
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nonlinear dynamics of non-uniform current-vortex sheets in magnetohydrodynamic fows (2017)
  • 著者名/発表者名: C. Matsuoka, K. Nishihara and T. Sano
  • 雑誌名: J. Nonlinear Sci. 巻: 27 号: 2 ページ: 531-572
  • DOI: 10.1007/s00332-016-9343-4
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spontaneous Formation of Surface Magnetic Structure from Large-scale Dynamo in Strongly-stratified Convection (2016)
  • 著者名/発表者名: Masada, Y., Sano, T.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: Volume 822, Issue 2 号: 2 ページ: L22-L22
  • DOI: 10.3847/2041-8205/822/2/l22
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamic compression of dense oxide (Gd3Ga5O12) from 0.4 to 2.6 TPa: Universal Hugoniot of fluid metals (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Ozaki, W. J. Nellis, T. Mashimo, M. Ramzan, R. Ahuja, T. Kaewmaraya, T. Kimura, M. Knudson, K. Miyanishi, Y. Sakawa, T. Sano, and R. Kodama
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6, 号: 1 ページ: 26000-26000
  • DOI: 10.1038/srep26000
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamic X-ray diffraction observation of shocked solid iron up to 170 GPa (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Denoeud, N. Ozaki, A. Benuzzi-Mounaix, H. Uranishi, Y. Kondo, R. Kodama, E. Brambrink, A. Ravasio, M. Bocoum, J.-M. Boudenne, M. Harmand, F.Guyot, S. Mazevet, D. Riley, M. Makita, T. Sano, Y. Sakawa, Y. Inubushi, G. Gregori, M. Koenig, and G. Morard
  • 雑誌名: PNAS 巻: 113(28) 号: 28 ページ: 7745-7749
  • DOI: 10.1073/pnas.1512127113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Shock Compression Response of Forsterite above 250 Gpa (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Sekine, N. Ozaki, Y.Asaumi, T. Kimura, K. Miyanishi, B. Albertazzi, Y. Sato,Y. Sakawa, T.Sano, S. Sugita, T. Matsui, and R. Kodama
  • 雑誌名: Sci. Adv. 巻: 2(8) 号: 8 ページ: 31600157-31600157
  • DOI: 10.1126/sciadv.1600157
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TIME EVOLUTION of KELVIN-HELMHOLTZ VORTICES ASSOCIATED with COLLISIONLESS SHOCKS in LASER-PRODUCED PLASMAS (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, A. Mizuta, Y. Sakawa, H. Tanji, T. Ide, T. Sano, M. Koenig, A. Ravasio, A. Pelka, H. Takabe, C. D. Gregory, N. Woolsey, T. Moritaka, S. Matsukiyo, Y. Matsumoto, and N. Ohnishi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 828 号: 2 ページ: 93-93
  • DOI: 10.3847/0004-637x/828/2/93
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Decaying shock studies of phase transitions in MgO-SiO2 systems:implications for the Super-Earths’ interiors (2016)
  • 著者名/発表者名: R. M. Bolis, G. Morard, T. Vinci, A. Ravasio, E. Bambrink, M. Guarguaglini, M. Koenig, R. Musella, F. Remus, J. Bouchet, N. Ozaki, K. Miyanishi, T. Sekine, Y. Sakawa, T. Sano, R. Kodama, F. Guyot, A. Benuzzi-Mounaix
  • 雑誌名: Geophys.Res.Lett. 巻: 43(18) 号: 18 ページ: 9475-9483
  • DOI: 10.1002/2016gl070466
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Model Experiment of Magnetic Field Amplification in Laser-Produced plasmas via the Richtmyer-Meshkov instability (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, N. Ohnishi, Y. Sakawa, T. Morita, H. Tanji, T. Ide, K. Nishio, C. D. Gregory, J. N. Waugh, N. Booth, R. Heathcote, C. Murphy, G. Gregori, J. Smallcombe, C. Barton, A. Diziere, M. Koenig, N. Woolsey, A Mizuta, T. Sugiyama, S. Matsukiyo, T. Moritaka, T. Sano, and H. Takabe
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 23 号: 3 ページ: 032126-032126
  • DOI: 10.1063/1.4944925
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic reconnection driven by Gekko XII lasers with a Helmholtz capacitor-coil target (2016)
  • 著者名/発表者名: X. X. Pei, J. Y. Zhong, Y. Sakawa, Z. Zhang, K. Zhang, H. G. Wei, Y. T. Li, Y. F. Li, B. J. Zhu, T. Sano, Y. Hara, S. Kondo, S. Fujioka, G. Y. Liang, F. L. Wang, and G. Zhao
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 23 号: 3 ページ: 032125-032125
  • DOI: 10.1063/1.4944928
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spherical shock in the presence of an external magnetic field (2016)
  • 著者名/発表者名: Y Kuramitsu, S Matsukiyo, S Isayama, D Harada, T Oyama, R Fujino, Y Sakawa, et al
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Serie 巻: 688 ページ: 012056-012056
  • DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012056
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Motion of non-uniform double current-vortex sheets in magnetohydrodynamic flow (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Matsuoka
  • 雑誌名: Phys. Scr. 巻: 91 ページ: 012063-012063
  • DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012063
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thomson scattering measurement of a collimated plasma jet generated by a high-power laser system (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, Y. Sakawa, T. Morita, Y. Yamaura, Y. Kuramitsu, T. Moritaka, T. Sano, R. Shimoda, K. Tomita, K. Uchino, S. Matsukiyo, A. Mizuta, N. Ohnishi, R. Crowston, N. Woolsey, H. Doyle, G. Gregori, M. Koenig, C. Michaut, A. Pelka, D. Yuan, Y. Li, K. Zhang, J. Zhong, F. Wang, and H. Takabe
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 688 ページ: 012098-012098
  • DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012098
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 衝撃波によって励起されたRichtmyer-Meshkov不安定による磁場増幅 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐野孝好
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 92 ページ: 83-86
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Experimental and ab initio investigations of microscopic properties of laser-shocked Ge-doped ablator (2015)
  • 著者名/発表者名: G. Huser, V. Recoules, N. Ozaki, T. Sano, Y. Sakawa, G. Salin, B.Albertazzi, K. Miyanishi, and R. Kodama
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 巻: 92(6) 号: 6 ページ: 063108-063108
  • DOI: 10.1103/physreve.92.063108
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Computational study of magnetic field compression by laser-driven implosion (2015)
  • 著者名/発表者名: Nagatomo, H; Johzaki, T; Asahina, T; Sunahara, A; Sano, T; Sakagami, H; Mima, K; Fujioka, S; Shiraga, H; Azechi, H
  • 雑誌名: NUCLEAR FUSION 巻: 55 号: 9 ページ: 093028-093028
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/9/093028
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] DEPENDENCE OF THE SATURATION LEVEL OF MAGNETOROTATIONAL INSTABILITY ON GAS PRESSURE AND MAGNETIC PRANDTL NUMBER (2015)
  • 著者名/発表者名: Minoshima, T., Hirose, S., Sano, T.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 808 号: 1 ページ: 54-70
  • DOI: 10.1088/0004-637x/808/1/54
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] P-ρ-T measurements of H2O up to 260 GPa under laser-driven shock loading (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kimura, N. Ozaki, T. Sano, T. Okuchi, T. Sano, K. Shimizu, K. Miyanishi, T. Terai, T. Kakeshita, M. French, R. Redmer, Y. Sakawa, and R. Kodama
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 142 号: 16 ページ: 164504-164504
  • DOI: 10.1063/1.4919052
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Normal velocity freeze-out of the Richtmyer-Meshkov instability when a rarefaction is reflected (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Gustavo Wouchuk and Takayoshi Sano
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 91 号: 2 ページ: 023005-023005
  • DOI: 10.1103/physreve.91.023005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 磁化プラズマ中でのリヒトマイヤー・メシュコフ不安定の非線形成長と磁場増幅 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐野孝好, 西原功修, 松岡千博, J. Gustavo Wouchuk
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] Broadening of cyclotron resonance conditions in the relativistic interaction of an intense laser with overdense plasmas (2018)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Sano
  • 学会等名: JIFT Japan-US workshop on Theory and simulation on the high field and high energy density physics
  • 国際学会
• [学会発表] 磁気回転不安定と最新の実験室天体プラズマ (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野孝好
  • 学会等名: 「磁気流体プラズマで探る高エネルギー天体現象」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] レーザープラズマにおける界面流体不安定とその応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野孝好
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
  • 招待講演
• [学会発表] Interfacial magnetohydrodynamic instabilities in laser plasmas (2017)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Sano
  • 学会等名: Turbulent Mixing and Beyond, 6th International Conference 10th Anniversary Program "Non-Equilibrium Transport acress the Scales''
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] レーザー衝撃波を用いた磁化プラズマ中でのリヒトマイヤー・メシュコフ不安定実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野孝好
  • 学会等名: 平成29年度衝撃波シンポジウム
• [学会発表] キロテスラ級の強磁場中における高強度レーザーの伝播特性について (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野孝好、田中勇気、山口智士、村上匡且、 岩田夏弥、畑昌育、千徳靖彦、三間國興
  • 学会等名: レーザー学会第37回年次大会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] レーザー駆動衝撃波を用いた磁場中におけるRichtmyer-Meshkov不安定に関する実験的研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉谷昇平, 佐野孝好, 村上匡且, 松尾一輝, 下河原浩志, Rajesh Kumar, 坂和洋一
  • 学会等名: レーザー学会第37回年次大会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] 強磁場中でのレーザー・プラズマ相互作用による相対論的電子のサイクロトロン共鳴 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐野孝好, 田中勇気, 山口智士, 村上匡且, 三間國興
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 強磁場中におけるレーザープラズマ実験とその応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐野孝好
  • 学会等名: 日本天文学会2016年春季年会
  • 発表場所: 八王子
  • 年月日: 2016-03-14
  • 招待講演
• [学会発表] 高密度磁化プラズマ中の大振幅ホイッスラー波の伝播特性について (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐野孝好、田中勇気、山口智士、 村上匡且、三間國興
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学
• [学会発表] 並行強磁場中におけるレーザーとプラズマ相互作用に関する PICシミュレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中勇気 ,山口智士 ,佐野孝好 ,村上匡且
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学
• [学会発表] High Power Laser-Plasma Interaction under a Strong Magnetic Field (2016)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Sano, Y. Tanaka, T. Yamaguchi, M. Murakami, N. Iwata, M. Hata, K. Mima
  • 学会等名: 6th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space, and Astrophysical plasmas
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 国際学会
• [学会発表] High Power Laser-Plasma Interaction under a Strong Magnetic Field (2016)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Sano, Y. Tanaka, T. Yamaguchi, M. Murakami, N. Iwata, M. Hata, K. Mima
  • 学会等名: 58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: San Jose, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of bulk vorticity generated by rippled shock waves on the evolution of Richtmyer-Meshkov instability (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Sano, Katsunobu Nishihara, and J. Gustavo Wouchuk
  • 学会等名: The 9th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 発表場所: Bellevue, USA
  • 年月日: 2015-09-20
  • 国際学会
• [学会発表] リップル衝撃波が生成するバルク渦度による リヒトマイヤー・メシュコフ不安定の抑制 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐野孝好, 西原功修, J. Gustavo Wouchuk
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季年会
  • 発表場所: 吹田
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] レーザー駆動イオン加速における外部強磁場の効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐野孝好, 村上匡且, 岩田夏弥, 森高外征雄, 三間圀興
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季年会
  • 発表場所: 吹田
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] レーザー実験による磁化プラズマ中におけるRichtmyer-Meshkov不安定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐野孝好, 坂和洋一, 蔵満康浩, 森田太智, 藤岡慎介, Zhe Zhang, 原由希子, 近藤さらな, 松尾一樹, 坂田匠 平, 小島完興, 重森啓介, 弘中陽一郎, 尾崎典雅
  • 学会等名: 日本天文学会2015年春季年会
  • 発表場所: 大阪大学 (大阪府、豊中市)
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-21
• [学会発表] Impact of bulk vorticity generated by a rippled shock wave on the evolution of Richtmyer-Meshkov instability (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Sano, Katsunobu Nishihara, and J. Gustavo Wouchuk
  • 学会等名: The 14th International Workshop on the Physics of Compressible Turbulent Mixing
  • 発表場所: San Francisco (USA)
  • 年月日: 2014-08-31 – 2014-09-05
• [学会発表] Richtmyer-Meshkov instability in plsamas - Magnetohydrodynamic evolutions and the dependence on equation of state (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Sano, Katsunobu Nishihara, Chihiro Matsuoka, Tsuyoshi Inoue, and J. Gustavo Wouchuk
  • 学会等名: Turbulent Mixing and BeyondWorkshop "Mixing in Rapidly Changing Environments - Probing Matter at the Extremes"
  • 発表場所: Trieste (Italy)
  • 年月日: 2014-08-04 – 2014-08-09
  • 招待講演