相対論工学による超高強度場科学への接近

2006 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15002013
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 田島 俊樹 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 関西光化学研究所, 所長 (70354967)
• 研究分担者: 大道 博行 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 関西光化学研究所量子ビーム応用研究部門, 研究主席 (70144532) ; BLANOV Sergei 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 関西光化学研究所量子ビーム応用研究部門, 客員研究員 (00391318) ; KOGA James 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 関西光化学研究所量子ビーム応用研究部門, 主任研究員 (70370393) ; 神門 正城 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 関西光化学研究所量子ビーム応用研究部門, 研究員 (50343942) ; 福田 祐仁 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 関西光化学研究所量子ビーム応用研究部門, 任期付研究員 (30311327)
• キーワード: 相対論工学 / 高強度レーザー / レーザー航跡場 / X線 / 準単色電子線 / 相対論プラズマ / 高速飛翔鏡

研究概要

今年度は、電磁波(=レーザー光)の周波数青方遷移という相対論工学の基本概念の原理を実証する実験を開始した。そして、相対論的レーザー光と相対論的レーザー光の衝突に係る未踏の領域を開拓し、
・"光速飛翔鏡"で反跳され周波数青方遷移されたシグナルの観測、
・航跡場生成とそれによる(矢じり状や準単色構造の)電子加速の確認、
・ポンプレーザーの赤方遷移、
・透過レーザーの光子加速の確認、
・航跡場生成に伴う他の相対論的コヒーレント構造体(ソリトン、バブル、「蛇皮」構造など)、の発見と観察等々を行い、相対論工学の効果を実際に世界で初めて観測した。
実証実験では、高強度・極短パルスレーザー光を、アンダーデンスプラズマ中に集光し、波破壊により準単色の加速電子が生成する条件近傍で、集光点付近に発生する航跡場によって光速飛翔鏡を生成させた。電磁波の周波数青方遷移は、光速飛翔鏡に対して45°の角度で対向入射する別のレーザーパルスが、相対論的速度で進行する光速飛翔鏡によってその一部が反射されることによって起こる。このためには、共に相対論的な強度を持つ航跡場を生成するレーザーと航跡場に衝突するレーザーとを、ミクロンやフェムト秒の精度の4次元時空で精密に衝突させる必要がある。我々は、2つの強いレーザーを史上最小の4次元の極めて小さい体積で衝突させる技術を開発し、実際に、2つのレーザーをこの小体積内でぶつけることに成功した。そこから反射される光の周波数青方遷移を計測することによって、光速飛翔鏡が機能していることの最初の証拠を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Ultrarelativistic electron generation during the intense, ultrashort laser pulse interaction with clusters (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Fukuda et al.
  • 雑誌名: Physics Letters A Vol. 363 ページ: 130-135
• [雑誌論文] Study of x-ray enhancement via high contrast femtosecond laser interacting with solid foil, Ultrafast Laser-Plasma Experiments at JAEA-KPSI (2007)
  • 著者名/発表者名: L.M.Chen et al.
  • 雑誌名: JAEA-Conf 2007-01 ページ: 66-69
• [雑誌論文] Self-guiding of 100 TW Femtosecond Laser Pulses in Centimeter-scale Underdense Plasma (2007)
  • 著者名/発表者名: L.M.Chen et al.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas Vol. 14 ページ: 040703-1-4
• [雑誌論文] Experimental Study on Ka X-ray emission from intense femtosecond laser-solid interactions (2007)
  • 著者名/発表者名: M.-H.Xu, L.M.Chen et al.
  • 雑誌名: ACTA PHYSICA SINICA Vol. 56 ページ: 353-358
• [雑誌論文] Proposed Development of Novel Diagnostics for Intense, Ultrafast Laser-Plasma Experiments at JAEA-KPSI (2007)
  • 著者名/発表者名: P.Bolton, Y.Fukuda et al.
  • 雑誌名: JAEA-Conf 2007-1 ページ: 115-128
• [雑誌論文] Nonlinear Thomson scattering with strong radiation damping (2006)
  • 著者名/発表者名: J.Koga et al.
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics Vol.72 ページ: 1315-1318
• [雑誌論文] New Epoch in the Charged Particle Acceleration by Relativistically Intense Laser Radiation (2006)
  • 著者名/発表者名: S.V.Bulanov
  • 雑誌名: Plasma Phys. Control. Fusion Vol. 48 ページ: B29-B37
• [雑誌論文] Transverse Dynamics and Energy Tuning of Fast Electrons Generated in Sub-Relativistic Intensity Laser Pulse Interaction with Plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Mori, M.Kando et al.
  • 雑誌名: Physics Letters A Vol. 356 ページ: 146-151
• [雑誌論文] Half-life of 184Re populated by the (γ,η) reaction from laser Compton scattering y rays at the electron strange ring New SUBARU (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Hayakawa, M.Kando et al.
  • 雑誌名: Physical Review C Vol. 74 ページ: 065802-1-5