無衝突衝撃波の生成と粒子加速の物理

2012 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 / 高出力レーザー / プラズマ計測 / 磁場計測

研究概要

宇宙線の加速機構として非常に重要な役割を果たす無衝突衝撃波の物理を実験的に研究するため、大型レーザー生成高速プラズマ流を用いた実験を行ってきた。kJ程度の出力エネルギーを持つレーザーシステムを用いて静電的な無衝突衝撃波の生成が可能であることが2011年度までの結果から明らかとなり、その衝撃波の詳細なパラメータを計測するため、実験研究を続けてきた。また、より宇宙の環境に近い電磁不安定性(Weibel不安定性)による衝撃波の生成実験も平行して行ってきた。2012年度の研究により、静電衝撃波周辺のプラズマパラメータの詳細な計測を行い、プラズマの流速・温度・密度などの計測から衝撃波の性質を明らかにすることに成功した。
上記と同時進行で、アメリカOMEGAやNIFレーザーを用いてWeibel衝撃波の生成を試みた。これには高密度・高速度のプラズマ流が数nsec以上維持される必要があり、世界最大であるNIFのレーザーが必要になる。この構造理解には3次元的な情報が必要であり、多方向からのプローブ計測またはプロトンによるバックライト計測を、Omega/Omega-EPを用いて実験を行い、電磁場構造のイメージングに成功した。Weibel不安定性により励起された衝撃波は大きな磁場が衝撃波の生成に寄与するため、この計測が重要であるが、Omegaレーザーの結果から、計測手法が有用であることが示され、今後のNIFレーザーを用いた実験の可能性を示すことに成功した。

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

静電衝撃波の計測とその性質を明らかにすること、また、NIF実験に向けた電磁場構造のイメージング計測に成功し、概ね計画どおりの進展である。米国LLNLのNIFレーザー実験は、計測システムの導入遅れにより、実験はまだ実現できていないが、今後2014年度に予定されている。上記の理由により、予定通りの達成度であると考えられる。

今後の研究の推進方策

今後の本研究としては、磁化プラズマを用いた衝撃波実験を通してより宇宙の状態に近いパラメータで実験を行い、実験室宇宙物理研究を進めていくことが今後の研究方針であると考えられる。また、レーザー生成プラズマ中の局所的な磁場強度を直接計測することは不可欠であり、その計測システムを構築することも必要となる。

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, Y. Sakawa, S. Dono, CD. Gregory, SA. Pikuz, B. Loupias, M. Koenig, JN. Waugh, N. Woolsey, T. Morita, T. Moritaka, T. Sano, Y. Matsumoto, A. Mizuta, N. Ohnishi, H. Takabe
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 108 ページ: 195004-1-195004-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.195004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical pyrometer system for collisionless shock experiments in high-power laser-produced plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Morita, Y. Sakawa, Y. Kuramitsu, S. Dono, T. Ide, S. Shibata, H. Aoki, H. Tanji, T. Sano, A. Shiroshita, JN. Waugh, CD. Gregory. NC. Woolsey, H. Takabe
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 83 ページ: 10D514-1-10D514-3
  • DOI: 10.1063/1.4733738
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strong Compression of a Magnetic Field with a Laser-Accelerated Foil (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yoneda, T. Namiki, A. Nishida, R. Kodama, Y. Sakawa, Y. Kuramitsu, T. Morita, K. Nishio, T. Ide
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 109 ページ: 125004-1-125004-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.125004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-organized electromagnetic field structures in laser-produced counter-streaming plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: NL. Kugland, DD. Ryutov, PY. Chang, RP. Drake, G. Fiksel, DH. Froula, SH. Glenzer, G. Gregori, M. Grosskopf, M. Koenig, Y. Kuramitsu, C. Kuranz, MC. Levy, E. Liang, J. Meinecke, F. Miniati, T. Morita, A. Pelka, C. Plechaty, R. Presura, A. Ravasio, BA. Remington, B. Reville, JS. Ross, Y. Sakawa, A. Spitkovsky, H. Takabe, HS. Park
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 8 ページ: 809-812
  • DOI: 10.1038/nphys2434
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laboratory investigations on the origins of cosmic rays (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, Y. Sakawa, T. Morita, T. Ide, K. Nishio, H. Tanji, H. Aoki, S. Dono, CD. Gregory, JN. Waugh, N. Woolsey, A. Diziere, A. Pelka, A. Ravasio, B. Loupias, M. Koenig, SA. Pikuz, YT. Li, Y. Zhang, X. Liu, JY. Zhong, J. Zhang, G. Gregori, N. Nakani, K. Kondo, Y. Mori, E. Miura, R. Kodama, Y. Kitagawa, K. Mima, KA. Tanaka. H. Azechi, T. Moritaka, Y. Matsumoto, T. Sano, A. Mizuta, N. Ohnishi. M. Hoshino, H. Takabe
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 54 ページ: 124049-1-124049-7
  • DOI: 10.1088/0741-3335/54/12/124049
  • 査読あり
• [学会発表] Optical Pyrometer System for Collisionless Shock Experiments in High-Power Laser-Produced Plasmas (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Morita, Y. Sakawa, Y. Kuramitsu, S. Dono T. Ide, S. Shibata, H. Aoki, H. Tanji, T. Sano, A. Shiroshita, J. Waugh, C. Gregory, N. Woolsey, H. Takabe
  • 学会等名: 19th High Temperature Plasma Diagnostics Conference
  • 発表場所: Monterey, USA
  • 年月日: 2012-05-07
• [学会発表] Laboratory Experiments to Study Collisionless Shocks (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakawa, Y. Kuramitsu, T. Morita, T. Ide, K. Nishio, H. Ide, K. Tsubouchi, K. Tomita, K. Uchino, N. Woolsey, C. Murphy, G. Gregori, A. Ravasio, A. Pelka, M. Koenig, A. Spitkovsky, N. L. Kugl and, J. S. Ross, H. -S. Park, B. Remington, H. Takabe
  • 学会等名: 9th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics
  • 発表場所: Tallahassee, Florida, USA
  • 年月日: 2012-05-03
• [学会発表] Electron scale magnetic reconnection in a laser produced plasma (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, Y. Sakawa, T. Morita, K. Nishio, T. Ide, H. Ide, K. Tsubouchi, K. Tomi ta, K. Uchino, T. Moritaka, H. Takabe
  • 学会等名: 9th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics
  • 発表場所: Tallahassee, Florida, USA
  • 年月日: 2012-04-30
• [備考] 非線形プラズマ実験グループホームページ
  • URL: http://www.ile.osaka-u.ac.jp/research/pnx/