ペタワットレーザーによる高エネルギー密度プラズマの研究

2007 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15GS0214
• 研究種目: 学術創成研究費
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 三間 圀興 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 教授 (30033921)
• 研究分担者: 長友 英夫 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 准教授 (10283813) ; 児玉 了祐 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80211902) ; 坂上 仁志 核融合科学研究所, シミュレーション科学研究部, 教授 (30254452) ; 中尾 安幸 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (00164129) ; 阪部 周二 京都大学, 化学研究所, 教授 (50153903)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2007
• キーワード: 高速点火 / 相対論プラズマ / レーザー粒子加速 / 高エネルギー電子 / 粒子シミュレーション / フォッカープランクシミュレーション / 輻射流体シミュレーション / OPCPA

研究概要

ペタワット級の超高強度レーザー技術の進歩によって発生可能となった高エネルギー密度相対論プラズマの物理を学術として体系化し、レーザー加速やレーザー核融合等多様な関連する応用分野を発展させるための基礎を確立することを目標に、相対論プラズマの実験と理論・シミュレーション研究を有機的に結合して、超高強度レーザープラズマ物理の解明を進めた。超高強度レーザー照射により発生する相対論的プラズマ中の超高強度場により、今まで大型加速器によってのみ発生可能であったMeVからGeVの高エネルギー粒子やガンマー線を生成し、その生成の物理と特性を明らかにした。このような超高強度場や高エネルギー粒子の発生にかかわる研究は、高速点火レーザー核融合、レーザー加速器の開発研究や宇宙線の発生機構の解明につながる天体プラズマ物理研究に寄与している。具体的には、理論シミュレーション研究では、マルチスケール統合シミュレーションコードを開発し、国際的研究協力により超短パルスレーザー生成プラズマの実験研究を先導し、高速点火核融合プロジェクトの実験計画立案に貢献している。また、実験研究では、超高強度短パルスレーザーとターゲットの相互作用で発生する高電流密度の相対論電子ビーム、イオンビーム、超短パルスX線放射等を発生させ、その機構を解明するとともに、それを利用する高速プラズマ加熱等の核融合の基礎研究、高エネルギー粒子や超短パルスX線の応用実験を実施した。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetic-dipole vortex generation by propagation of ultraintense and ultrashort laser pulses in moderate-density plasmas (2008)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T, Mima, K
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 100 ページ: 036407
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Holistic simulation for FIREX project with FI^3 (2007)
  • 著者名/発表者名: Johzaki, T, Sakagami, H, Nagatomo, H, Mima, K
  • 雑誌名: Laser and Particle Physics 25 ページ: 621-629
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulation and design study of cryogenic cone shell target for fast ignition FIREX project (2007)
  • 著者名/発表者名: Nagatomo, H., Johzaki, T., Nakamura, T., Sakagami, H., Sunahara, A., Mima, K.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 14 ページ: 056303
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron surface acceleration on a solid capillary target inner wall irradiated with ultraintense laser pulses (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T., Johzaki, T., Sakagami, H., Nagatomo, H., Mima, K.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 14 ページ: 053112
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarization of Heα Radiation due to Anisotropy of Fast-Electron Transport in Ultraintense-Laser-Produced Plasmas (2007)
  • 著者名/発表者名: Kawamura, T., Kai, T., Koike, F., Nakazaki, S., Inubushi, Y., Nishimura H.
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 99 ページ: 115003
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the behavior of ultraintense laser produced hot electrons in self-excited fields (2007)
  • 著者名/発表者名: Yabuuchi, T, Adumi, K, Habara, H, Kodama, R, Kondo, T, Tanaka, KA, Tampo, M, Mima, K, 他5名
  • 雑誌名: PHYSICS OF PLASMAS 14 ページ: 040706
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulation and design study of cryogenic cone shell target for fast ignition FIR EX project (2007)
  • 著者名/発表者名: Nagatomo, H., Johzaki, T., Nakamura, T., Sakagami, H., Sunahara, A., Mima, K.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 14 ページ: 056303
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Polarization of Hea Radiation due to Anisotropy of Fast-Electron Transport in Ultraintense-Laser-Produced Plasmas (2007)
  • 著者名/発表者名: Kawamura, T., Kai, T., Koike, E, Nakazaki, S., Inubushi, Y., Nishimura H.
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 99 ページ: 115003
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] On the behavior of ultraintense laser produced hot electrons in self-excited fields (2007)
  • 著者名/発表者名: Yabuuchi, T, Adumi, K, Habara, H, Kodama, R, Kondo, T, Tanaka, KA, Tampo, M, Mima, K, et al
  • 雑誌名: PHYSICS OF PLASMAS 14 ページ: 040706
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The Formation of High Density Core Plasma in Non-spherical implosion using high-resolution 2-D Integrated Implosion Code (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Nagatomo, T. Johzaki, A. Sunahara, K. Mima
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics 72-6 ページ: 791-794
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulation of the nonlinear evolution of large scale relativistic electron flow in dense plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Matsumoto, T. Taguchi, K. Mima
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics 72・6 ページ: 791-794
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrated simulations for fast Ignition with cone-guided targets (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Sakagami, T. Johzaki, H. Nagatomo, K. Mima
  • 雑誌名: Jounal de Physique IV France 133 ページ: 421-423
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of multichannel wave-coincidence neutron spectrometer for fast ignition experiments (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Nakamura, R. Kodama, M. Nakatsutsumi, M. Tampo Y. Toyama
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 77 ページ: 10-27
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-shot two-dimensional spectral interferometry for ultrafast laser-produced plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Hama, K. Kondo, A. Zoubir, T. Honda, R. Kodama, K. A. Tanaka, K. Mima
  • 雑誌名: Optics Letters 31・12 ページ: 1917
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Skinning of argon clusters by Coulomb explosion induced with an intense femtosecond laser pulse (2006)
  • 著者名/発表者名: S. Sakabe, K. Shirai, M. Hashida, S. Shimizu, S. Masuno
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW A 74 ページ: 043205
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast ignition integrated interconnecting code project for cone-guided targets (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Sakagami, T. Johzaki, H. Nagatomo, K. Mima
  • 雑誌名: Laser and Particle Beams 24 ページ: 191-198
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray line polarization spectroscopy to study hot electron transport in ultra-short laser produced plasma (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Inubushi, H. Nisimura, M. Ochiai, S. Fujioka, 他7名
  • 雑誌名: Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 99 ページ: 305-313
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Formation of High Density Core Plasma in Non-spherical implosion using high-resolution 2-D Integrated Implosion Code (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Nagatomo, T. Johzaki, A. Sunahara, K. Mima
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics 72, 6 ページ: 791-794
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Single-shot two-dimensional spectral interferometry for ultrafast laser-produced plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Hama, K. Kondo, A. Zoubir, T. Honda, R. Kodama, K. A. Tanaka, K. Mima
  • 雑誌名: Optics Letters 31, 12 ページ: 1917
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] X-ray line polarization spectroscopy to study hot electron transport in ultra-short laser produced plasma (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Inubushi, H. Nisimura, M. Ochiai, S. Fujioka, et al
  • 雑誌名: Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 99 ページ: 305-313
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Resonant heating of cluster plasma by intense laser light (2005)
  • 著者名/発表者名: T. M. Antonsen, Jr., T. Taguchi, A. Gupta, J. Palastro
  • 雑誌名: Physics of Plasma 12 ページ: 056703
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of fast electron transport in hot dense matter using x-ray spectroscopy (2005)
  • 著者名/発表者名: H. Nishimura, Y. Inubushi, M. Ochiai, T, Kai, 他13名
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 47 ページ: B823-B831
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Petawatt-laser direct heating of uniformly imploded deuterated-polystyrene shell target (2005)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitagawa, Y. Sentoku, S. Akamatsu, W. Sakamoto, 他8名
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 71 ページ: 016403-1-5
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resonant heating of cluster plasma by intense laser light (2005)
  • 著者名/発表者名: T. M. Antonsen, Jr., T Taguchi, A. Gupta, J. Palastro
  • 雑誌名: Physics of Plasma 12 ページ: 056703
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Study of fast electron transport in hot dense matter using x-ray spectroscopy (2005)
  • 著者名/発表者名: H. Nishimura, Y. Inubushi, M. Ochiai, T, Kai
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 47 ページ: B823-B831
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Petawatt-laser direct heating of uniformly imploded deuterated-polystyrene shell target (2005)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitagawa. Y. Sentoku, S. Akamatsu, W. Sakamoto, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 71 ページ: 016403-1-5
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Surface-Magnetic-Field and Fast-Electron Current-Layer Formation by Ultra intense Laser Irradiation (2004)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura, S. Kato, H. Nagatomo, K. Mima
  • 雑誌名: Physical Review Letters 93 ページ: 265002
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-Dimensional Kinetic Model for Fast Electron Transport in Compressed Core Plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: T. Yokota, Y. Nakao, T. Jhozaki, K. Mima
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Res. 6 ページ: 11
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resonant Heating of a Cluster Plasma by Intense Laser Light (2004)
  • 著者名/発表者名: T. Taguchi, T. M. Antonsen Jr
  • 雑誌名: Physical Review Letters 92 ページ: 205003-1
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integration of the Lorentz-Dirac equation : Interaction of an intense laser pulse with high-energy electrons (2004)
  • 著者名/発表者名: James Koga
  • 雑誌名: Physical Review E 70 ページ: 046502-1
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasma devices to guide and collimate a high density of MeV electrons (2004)
  • 著者名/発表者名: R. Kodama, Y. Sentoku, Z. L. Chen, G. R. Kumar, 他19名
  • 雑誌名: Nature 4327020 ページ: 1005
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron Acceleration in an Ultraintense-Laser-Illuminated Capillary (2004)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitagawa, Y. Sentoku, S. Akamastu, W. Sakamoto, 他7名
  • 雑誌名: Physical Review Letters 92, 20 ページ: 205002-1
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] INTERCONNECTION BETWEEN HYDRO AND PIC CODES FOR FAST IGNITION SIMULATIONS (2004)
  • 著者名/発表者名: H. Sakagami, K. Mima
  • 雑誌名: Laser and Particle Beams 22・02 ページ: 41-44
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ion generation in a low-density plastic foam by interaction with intense fentsecond laser pulse (2004)
  • 著者名/発表者名: S. Okihara, T. Zh. Esirkepov, K. Nagai, S. Shimizu, F. Sato, S. Sakabe, 他5名
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW E 69 ページ: 026401-1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface-Magnetic-Field and Fast-Electron Current-Layer Formation by Ultraintense Laser Irradiation (2004)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura, S. Kato, H. Nagatomo, K. Mima
  • 雑誌名: Physical Review Letters 93 ページ: 265002
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Two-Dimensional Kinetic Model for Past Electron Transport in Compressed Core Plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: T. Yokota, Y. Nakao, T. Jhozaki, K. Mima
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Res. 6 ページ: 11
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Plasma devices to guide and collimate a high density of MeV electrons (2004)
  • 著者名/発表者名: R. Kodama, Y. Sentoku, Z. L. Chen, G. R. Kumar, et al.
  • 雑誌名: Nature 432, 7020 ページ: 1005
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Electron Acceleration in an Ultraintense-Laser-Illuminated Capillary (2004)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitagawa, Y. Sentoku, S. Akamatsu, W. Sakamoto
  • 雑誌名: Physical Review Letters 92, 20 ページ: 205002-1
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] INTERCONNECTION BETWEEN HYDRO AND PIC CODES FOR FAST IGNITION SIMULATIONS (2004)
  • 著者名/発表者名: H. Sakagami, K. Mima
  • 雑誌名: Laser and Particle Beams 22, 02 ページ: 41-44
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Iongeneration in a low-density plastic foam by interaction with intense fentsecond laser pulse (2004)
  • 著者名/発表者名: S. Okihara, T. Zh. Esirkepov, K. Nagai, S. Shimizu, F. Sato, S. Sakabe, et al.
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW E 69 ページ: 026401-1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Anomalous Resistivity Resulting from MeV-Electron Transport in Overdense Plasma (2003)
  • 著者名/発表者名: Y. Sentoku, K. Mima, P. Kaw, K. Nishikawa
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 90・15 ページ: 155001-1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical study of transition radiation from hot electrons generated in the laser-solid interaction (2003)
  • 著者名/発表者名: Jian Zheng, K. A. Tanaka, T. Miyakoshi, Y. Kitagawa, R. Kodama, 他2名
  • 雑誌名: PHYSICS OF PLASMAS 10・7 ページ: 2994-3003
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous Resistivity Resulting from MeV-Electron Transport in Overdense Plasma (2003)
  • 著者名/発表者名: Y. Sentoku, K. Mima, P. Kaw, K. Nishikawa
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 90, 15 ページ: 155001-1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Theoretical study of transition radiation from hot electrons generated in the laser-solid interaction (2003)
  • 著者名/発表者名: Jian Zheng, K. A. Tanaka, T. Miyakoshi, Y. Kitagawa, R. Kodama
  • 雑誌名: PHYSICS OF PLASMAS 10, 7 ページ: 2994-3003
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Optimization of Non-spherical Implosion for Fast Ignition (2007)
  • 著者名/発表者名: Nagatomo, H., Johzaki, T., Sunahara, A., Sakagami, H., K. Mima, 他2名
  • 学会等名: The 50th American Physical Society meeting
  • 発表場所: 米国・オーランド
  • 年月日: 2007-11-13
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Optimization of Non-spherical Implosion for Fast Ignition (2007)
  • 著者名/発表者名: Nagatomo, H., Johzaki, T., Sunahara, A., Sakagami, H., K. Mima
  • 学会等名: The 50th American Physical Society meeting
  • 発表場所: Orland.
  • 年月日: 2007-11-13
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Target Design for High-density Non-spherical Implosion in Fast Ignition (2007)
  • 著者名/発表者名: Nagatomo, H., Johzaki, T., Sakagarni, H., K. Mima, 他2名
  • 学会等名: The fifth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2007-09-14
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Simulation studies for core heating properties in FIREX-I (2007)
  • 著者名/発表者名: Johzaki, T., Nagatomo, H., Nakamura, T., Sakagami, H., Sunahara, A., Mima, K., Y. Nakao, Y.
  • 学会等名: The fifth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2007-09-14
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Numerical study on optimization of cone target and ignition pulse shape for fast ignition (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T., Nagatomo, H., Johzaki, T., Sakagami, H., Mima, K.
  • 学会等名: The fifth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2007-09-14
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Target Design for High-density Non-spherical Implosion in Past Ignition (2007)
  • 著者名/発表者名: Nagatomo, H., Johzaki, T., Sakagami, H., K. Mima
  • 学会等名: The fifth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 発表場所: Kobe.
  • 年月日: 2007-09-14
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Simulation studies for core heating properties in FIREX-I (2007)
  • 著者名/発表者名: Johzaki, T., Nagatomo, H., Nakamura, T., Sakagami, H., Sunahara, A., Mima, K., Y. Nakao, Y.
  • 学会等名: The fifth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 発表場所: Kobe.
  • 年月日: 2007-09-14
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Numerical study on optimization of cone target and ignition pulse shape forfast ignition (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T., Nagatomo, H., Johzaki, T., Sakagami, H., Mima, K.
  • 学会等名: he fifth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 発表場所: Kobe.
  • 年月日: 2007-09-14
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] X-ray polarization spectroscopy to study energy transport in ultra-high intensity laser produced plasmas (2007)
  • 著者名/発表者名: Nishimura, H., Inubushi, Y., Okano, Y., Mima, K., 他15名
  • 学会等名: The fifth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2007-09-10
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] X-ray polarization spectroscopy to study energy transport in ultra-high intensity laser produced plasmas (2007)
  • 著者名/発表者名: Nishimura, H., Inubushi, Y., Okano, Y., Mima, K., et al.
  • 学会等名: The fifth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 発表場所: Kobe.
  • 年月日: 2007-09-10
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [備考] 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • URL: http://www.ile.osaka-u.ac.jp/project/gakujutsu/index.html