| 研究課題/領域番号 |
15206104
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
兒玉 了祐 大阪大学, レーザーエネルギー研究センター, 助教授 (80211902)
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| 研究分担者 |
田中 和夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70171741)
白神 宏之 大阪大学, レーザーエネルギー研究センター, 助教授 (90183839)
近藤 公伯 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80225614)
重森 啓介 大阪大学, レーザーエネルギー研究センター, 助手 (50335395)
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| キーワード | 高エネルギープラズマフォトニクス / プラズマフォトニックデバイス / プラズマデバイス工学 / 高エネルギー密度 / 高密度MeV電子 / 高速点火 / 加熱機構 / 超高強度レーザー |
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| 研究概要 |
レーザー核融合高速点火方式において最も重要な課題の1つである加熱機構を実験的に調べることが、本研究の目的である。超高強度短パルスレーザーにより生成される高エネルギー密度粒子による加熱機構を明らかにしより効果な加熱のため制御方法に役立てることが最終目標である。これを効率的に実現するための新しい学問体系化として、レーザー光学、粒子ビーム光学およびプラズマ物理学の境界領域を埋めるを高エネルギープラズマフォトニクスを提案した。
新しい概念であるこの高エネルギー・プラズマ・フォトニクスの見地に立ち、超高密度MeV電子制御のできるプラズマフォトニックデバイス(ビームのガイド、冷却機能、閉じ込めを同時に有したプラズマ素子)が発明した(R.Kodama et al.,Nature 432,1005(2004))。直径5μm、長さ1mmのカーボンワイヤーを30μmの先端に取り付けた金属製コーン(図2)内部に、ペタワット近い超高強度レーザーを集光することでその機能が実証された。レーザー光はコーンにより効率良く、超高密度MeV電子に変換する(光電変換器に相当)。生成されたMeV電子の密度は、1平方センチ当たり数10から数100テラアンペアという超高密度である。通常、このような超高密度電子は広がり角をもち伝搬とともに極端にエネルギー密度を下げる。ところが、過渡的なプラズマの性質を理解しコーンとワイヤーを上手く工夫することで高いエネルギー密度を得ることができる。ちょうどコリメーターレンズで光をファイバーに集めるようにコーンにより超高密度MeV電子をワイヤーにガイドする(電子コリメーター)。さらにファイバーにより光をガイドするがごとく超高密度MeV亀子をワイヤーによりガイドする(電子ファイバー)。さらにこのデバイスでは、超高密度MeV電子ビームの横方向エミッタンスを下げる機能があることが明らかになった。これらの結果、超高密度MeV電子はファイバープラズマを効率よく加熱し、僅か200ジュール程度のレーザーエネルギーで、ギガバールという高い圧力状態を1mmという大きなサイズで瞬間的に生成した。このプラズマフォトニックデバイスは、僅かにパラメーターを変えることで全く新しいX線源・電子ビーム源・X線レーザーさらに、超高圧状態方程式、核融合、実験室宇宙物理に役立つ可能性を秘めたものとして注目されている。
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