無衝突衝撃波の生成と粒子加速の物理

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11J06987
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 森田 太智 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 特別研究員(PD)
• キーワード: 無衝突衝撃波 / レーザー / トムソン散乱計測

研究概要

レーザーによるアブレーションプラズマを用いて静電無衝突衝撃波を生成する実験を行った。以前までの結果に加え、トムソン散乱計測を用いて衝撃波周辺のプラズマ温度、密度、流速の詳細な計測に成功した。この結果から、以前から予想されていた高マッハ数の無衝突衝撃波の生成を明らかにすることができ、この結果は学術論文へ投稿し、掲載へ向けて準備中である。さらに、高マッハ数の無衝突衝撃波同士の衝突が、宇宙においても重要であることから、実験室でのレーザー実験を試みた。この結果は日本物理学会(関西学院大学)、国際会議High Energy Density Laboratory Astrophysics(Florida)において口頭、ポスター発表を行い、論文の準備中である。また、アメリカロチェスターにおいて、OMEGA-EPレーザーを用いてプロトンビームを生成し、それを用いた電磁場計測を複数回行い、衝撃波の計測が可能であることを確認した。この結果は将来計画している最大のレーザー施設National Ignition Facilityを用いた実験においても有効であり、次年度移行も引き続き実験が予定されている。

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

申請時に計画していたように、トムソン散乱計測によって高マッハ数の無衝突衝撃波の生成を明らかにでき、さらに電磁場構造の計測についても予備実験を複数回行うことで技術を確立できたため。

今後の研究の推進方策

高マッハ数の無衝突衝撃波そのものについての理解がかなり進んできているなか、衝撃波同士の相互作用によりさらに粒子加速の可能性があることが実験室で確認できる可能性も出てきた。来年度の実験においてさらに詳しく調べる予定である。また、プラズマ中の自己生成磁場、磁場の増幅を詳しく調べるため、来年度には新たにコイルを用いた計測、また温度計測をより精度よく行うために、トムソン散乱計測の改良も行う予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Kelvin-Helmholtz turbulence associated with collisionless shocks in laser produced plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Kuramitsu, et al
  • 雑誌名: Physical Review Letter 巻: (accepted)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Studying astrophysical collisionless shocks with counterstrearming plasmas from high power lasers (2012)
  • 著者名/発表者名: Hye-Sook Park, D.D.Ryutov, J.S.Ross, N.L.Kugland, S.H.Glenzer, C.Plechaty, S.M.Pollaine, B.A.Remington, A.Spitkovsky, L.Gargate, G.Gregori, A.Bell, C.Murphy, Y.Sakawa, Y.Kuramitsu, T.Morita, H.Takabe, D.H.Froula, G.Fiksel, F.Miniati, M.Koenig, A.Ravasio, A.Pelka, E.Liang, N.Woolsey, C.C.Kuranz, R.P.Drake, M.J.Grosskopf
  • 雑誌名: High Energy Density Physics 巻: 8 ページ: 38-45
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collisionless shockwaves formed by counter-streaming laser-produced plasmas (2011)
  • 著者名/発表者名: X.Liu, 他7名, Y.Sakawa, T.Morita, Y.Kuramitsu, 他13名
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 13 ページ: 093001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collisionless shock wave generation in counter-streaming plasmas using Gekko XII HIPER laser (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Ide, Y.Sakawa, Y.Kuramitsu, T.Morita, 他14名
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 6 ページ: 2404057-14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time Evolution of a Collisionless Shock in Counterstreaming Laser Produced Plasmas (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Kuramitsu, Y.Sakawa, H.Takabe, T.Morita, 他7名
  • 雑誌名: Physical Review Letter 巻: 106 ページ: 175002
  • 査読あり
• [学会発表] High Machnumber shockshock interactions in laser-produced counter-streaming plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: 森田太智
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] High Mach-number collisionless shock formation driven by a high-power laser with an external magnetic field (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田太智
  • 学会等名: プラズマカンファレンス
  • 発表場所: 石川県金沢市
  • 年月日: 2011-11-24
• [学会発表] High Mach-number collisionless shock driven by a high-power laser system Gekko-XII HIPER (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田太智
  • 学会等名: IFSA 2011
  • 発表場所: Bordeaux, France
  • 年月日: 2011-09-13