大型高強度レーザーを用いた宇宙物理実験

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02154
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 坂和 洋一 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (70242881)
• 研究分担者: 米田 仁紀 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 教授 (00210790) ; 松清 修一 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (00380709) ; 森田 太智 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (30726401) ; 山崎 了 青山学院大学, 理工学部, 教授 (40420509) ; 富田 健太郎 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (70452729) ; 佐野 孝好 大阪大学, レーザー科学研究所, 助教 (80362606)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: レーザー宇宙物理学 / 無衝突衝撃波 / 磁気リコネクション / 協同トムソン散乱計測 / パワーレーザー / イオン加速

研究実績の概要

パワーレーザーを用いて宇宙物理学の要素物理を明らかにする、レーザー宇宙物理学の確立を目指して実験を行った。特に宇宙線加速に着目し、無衝突衝撃波生成、磁気リコネクション、およびイオン加速実験を行った。
無衝突ワイベル衝撃波生成実験（NIF-米国）では、CH/CH平行平板型ターゲットを用いて、対向プラズマ中でワイベル不安定性とそれによる無衝突衝撃波を生成し、生成された衝撃波のプラズマパラメータを協同トムソン散乱計測によって計測した。
強磁場衝撃波（激光XII号）では、数Torrの窒素雰囲気ガスを真空容器に封入し、最大1.6 Tの外部磁場下でAl薄膜にレーザーを照射した。プラズマからの輻射によって電離され、外部磁場で磁化された窒素プラズマ中の磁場に垂直方向に伝搬する無衝突衝撃波生成を行った。協同トムソン散乱では、これまでのイオン項計測に加えて電子項計測を行い、衝撃波上流の電子・イオン温度、電子密度、自発光計測により衝撃波速度の詳細な計測を行った。
磁気リコネクション実験（激光XII号）では、インダクションコイルを用いて上下に配置したAlターゲット周辺に約0.1テスラの反平行及び平行な磁場配位を生成し、協同トムソン散乱と可視自発光の時間発展計測を行った。レーザーのターゲット照射によって約1Tの自己生成磁場が生成された。反平行外部磁場配位時に自己生成磁場が増幅され、リコネクションに起因するプラズマアウトフーロが観測された。
高強度レーザー J-KAREN-P（量研）を用いた無衝突静電衝撃波イオン加速実験を行った。レーザーのプレパルス強度とCH薄膜ターゲットの厚さを制御することによって最適な密度・スケール長を持つプラズマを生成し、そこにメインパルスが入射することによって、無衝突静電衝撃波が生成された。衝撃波上流のプロトンが衝撃波ポテンシャルで反射され、準単色のプロトン加速に成功した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Lawrence Livermore National Laboratory/SLAC National Accelerator Laboratory/Massachusetts Institute of Technology(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Lawrence Livermore National Laboratory/SLAC National Accelerator Laboratory/Massachusetts Institute of Technology
  • 他の機関数: 4
• [国際共同研究] LULI, Ecole Polytechnique/CEA(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: LULI, Ecole Polytechnique/CEA
• [国際共同研究] Oxford University/York University(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Oxford University/York University
• [雑誌論文] Kinetic effects on neutron generation in moderately collisional interpenetrating plasma flows (2019)
  • 著者名/発表者名: Higginson D. P.、Ross J. S.、Ryutov D. D.、Fiuza F.、Wilks S. C.、Hartouni E. P.、Hatarik R.、Huntington C. M.、Kilkenny J.、Lahmann B.、Li C. K.、Link A.、Petrasso R. D.、Pollock B. B.、Remington B. A.、Rinderknecht H. G.、Sakawa Y.、Sio H.、Swadling G. F.、Weber S.、Zylstra A. B.、Park H.-S.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 26 ページ: 012113～012113
  • DOI: doi.org/10.1063/1.5048386
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Full particle-in-cell simulation of the interaction between two plasmas for laboratory experiments on the generation of magnetized collisionless shocks with high-power lasers (2019)
  • 著者名/発表者名: Umeda Takayuki、Yamazaki Ryo、Ohira Yutaka、Ishizaka Natsuki、Kakuchi Shin、Kuramitsu Yasuhiro、Matsukiyo Shuichi、Miyata Itaru、Morita Taichi、Sakawa Youichi、Sano Takayoshi、Sei Shuto、Tanaka Shuta J.、Toda Hirohumi、Tomita Sara
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 26 ページ: 032303～032303
  • DOI: doi: 10.1063/1.5079906
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Maser radiation from collisionless shocks: application to astrophysical jets (2019)
  • 著者名/発表者名: Speirs D. C.、Ronald K.、Phelps A. D. R.、Koepke M. E.、Cairns R. A.、Rigby A.、Cruz F.、Trines R. M. G. M.、Bamford R.、J. Kellett B.、Albertazzi B.、Cross J. E.、Fraschetti F.、Graham P.、Kozlowski P.?M.、Kuramitsu Y.、Miniati F.、Morita T.、Oliver M.、Reville B.、Sakawa Y.、et al
  • 雑誌名: High Power Laser Science and Engineering 巻: 7 ページ: e17-1-8
  • DOI: doi.org/10.1017/hpl.2019.3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enhancement of collisionless shock ion acceleration by electrostatic ion two-stream instability in the upstream plasma (2019)
  • 著者名/発表者名: Kumar Rajesh、Sakawa Youichi、D?hl Leonard N.?K.、Woolsey Nigel、Morace Alessio
  • 雑誌名: Physical Review Accelerators and Beams 巻: 22 ページ: 043401-1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevAccelBeams.22.043401
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Supersonic plasma turbulence in the laboratory (2019)
  • 著者名/発表者名: White T. G.、Oliver M. T.、Mabey P.、K?hn-Kauffeldt M.、Bott A. F. A.、D?hl L. N. K.、Bell A. R.、Bingham R.、Clarke R.、Foster J.、Giacinti G.、Graham P.、Heathcote R.、Koenig M.、Kuramitsu Y.、Lamb D. Q.、Meinecke J.、Michel Th.、Miniati F.、Notley M.、Reville B.、Ryu D.、Sarkar S.、Sakawa Y.、et al
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 ページ: 1758-1-6
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09498-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electron acceleration by wave turbulence in a magnetized plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: Rigby A.、Cruz F.、Albertazzi B.、Bamford R.、Bell A. R.、Cross J. E.、Fraschetti F.、Graham P.、Hara Y.、Kozlowski P. M.、Kuramitsu Y.、Lamb D. Q.、Lebedev S.、Marques J. R.、Miniati F.、Morita T.、Oliver M.、Reville B.、Sakawa Y.、et al
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 14 ページ: 475～479
  • DOI: 10.1038/s41567-018-0059-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Analytical modelling of the expansion of a solid obstacle interacting with a radiative shock (2018)
  • 著者名/発表者名: Michel Th.、Falize E.、Albertazzi B.、Rigon G.、Sakawa Y.、Sano T.、Shimogawara H.、Kumar R.、Morita T.、Michaut C.、Casner A.、Barroso P.、Mabey P.、Kuramitsu Y.、Laffite S.、Van Box Som L.、Gregori G.、Kodama R.、Ozaki N.、Tzeferacos P.、Lamb D.、Koenig M.
  • 雑誌名: High Power Laser Science and Engineering 巻: 6 ページ: e30-1-10
  • DOI: 10.1017/hpl.2018.24
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Laboratory radiative accretion shocks on GEKKO XII laser facility for POLAR project (2018)
  • 著者名/発表者名: Van Box Som L.、Falize E.、Koenig M.、Sakawa Y.、Albertazzi B.、Barroso P.、Bonnet-Bidaud J.-M.、Busschaert C.、Ciardi A.、Hara Y.、Katsuki N.、Kumar R.、Lefevre F.、Michaut C.、Michel Th.、Miura T.、Morita T.、Mouchet M.、Rigon G.、Sano T.、Shiiba S.、Shimogawara H.、Tomiya S.
  • 雑誌名: High Power Laser Science and Engineering 巻: 6 ページ: e35-1-8
  • DOI: 10.1017/hpl.2018.32
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental platform for the investigation of magnetized-reverse-shock dynamics in the context of POLAR (2018)
  • 著者名/発表者名: Albertazzi B.、Falize E.、Pelka A.、Brack F.、Kroll F.、Yurchak R.、Brambrink E.、Mabey P.、Ozaki N.、Pikuz S.、Van Box Som L.、Bonnet-Bidaud J. M.、Cross J. E.、Filippov E.、Gregori G.、Kodama R.、Mouchet M.、Morita T.、Sakawa Y.、et al
  • 雑誌名: High Power Laser Science and Engineering 巻: 6 ページ: e43-1-14
  • DOI: 10.1017/hpl.2018.37
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Turbulent hydrodynamics experiments in high energy density plasmas: scientific case and preliminary results of the TurboHEDP project (2018)
  • 著者名/発表者名: Casner A.、Rigon G.、Albertazzi B.、Michel Th.、Pikuz T.、Faenov A.、Mabey P.、Ozaki N.、Sakawa Y.、Sano T.、Ballet J.、Tzeferacos P.、Lamb D.、Falize E.、Gregori G.、Koenig M.
  • 雑誌名: High Power Laser Science and Engineering 巻: 6 ページ: e44-1-15
  • DOI: 10.1017/hpl.2018.34
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hugoniot equation of state of Si-doped glow discharge polymer and scaling to other plastic ablators (2018)
  • 著者名/発表者名: Huser G.、Ozaki N.、Colin-Lalu P.、Recoules V.、Sano T.、Sakawa Y.、Miyanishi K.、Kodama R.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 25 ページ: 052706～052706
  • DOI: 10.1063/1.5034064
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic reconnection driven by electron dynamics (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuramitsu Y.、Moritaka T.、Sakawa Y.、Morita T.、Sano T.、Koenig M.、Gregory C. D.、Woolsey N.、Tomita K.、Takabe H.、Liu Y. L.、Chen S. H.、Matsukiyo S.、Hoshino M.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 5109-1-6
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07415-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] From ICF to laboratory astrophysics: ablative and classical Rayleigh?Taylor instability experiments in turbulent-like regimes (2018)
  • 著者名/発表者名: Casner A.、Mailliet C.、Rigon G.、Khan S.F.、Martinez D.、Albertazzi B.、Michel T.、Sano T.、Sakawa Y.、Tzeferacos P.、Lamb D.、Liberatore S.、Izumi N.、Kalantar D.、Di Nicola P.、Di Nicola J.M.、Le Bel E.、Igumenshchev I.、Tikhonchuk V.、Remington B.A.、Ballet J.、Falize E.、Masse L.、Smalyuk V.A.、Koenig M.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 59 ページ: 032002～032002
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aae598
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Generation of collisionless shock (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakawa
  • 学会等名: Japan-U.S. Symposium on Perspective of High Energy Density Science and Technology by High Power Lasers
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electron acceleration by wave turbulence in a magnetized plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Rigby, et al, Y. Sakawa, et al
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Progress toward fully-formed collisionless astrophysically- relevant shock experiments on OMEGA and the NIF (2018)
  • 著者名/発表者名: H.G. Rinderknecht, et al, Y. Sakawa, et al
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Study of driven magnetic reconnection in high-power laser- produced plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Morita, et al, Y. Sakawa, et al
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Rayleigh-Taylor instabilities relevant to Supernovae Remnants (2018)
  • 著者名/発表者名: G. Rigon, et al, Y. Sakawa, et al
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Supersonic Plasma Turbulence in the Laboratory (2018)
  • 著者名/発表者名: T. G. White, et al, Y. Sakawa, et al
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic reconnection driven by high-energy laser beams (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Egashira, Y. Sakawa, et al
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Recent laboratory astrophysics studies of accreting magnetized white dwarfs: From VLT observations to Megajoule laser experiments (2018)
  • 著者名/発表者名: E. Falize, et al, Y. Sakawa
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical Investigation of Collisionless Shock Ion Acceleration in Different Materials Using EPOCH Particle-in-Cell Simulations (2018)
  • 著者名/発表者名: Rajesh Kumar, Youichi Sakawa, et al
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Competition of magnetic reconnections driven by self-generated magnetic fields and an external magnetic field (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, et al, Y. Sakawa, et al
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetised Jets & Reverse Shock Dynamics (2018)
  • 著者名/発表者名: P. Mabey, et al, Y. Sakawa, et al
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Recent investigations on radiative shocks interacting with an obstacle (2018)
  • 著者名/発表者名: Th. Michel, et al, Y. Sakawa, et al
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Small-Scale Magnetospheric Structure Formation due to Laser- Produced Plasma Jet (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Moritaka, Y. Kuramitsu, Y-L. Liu, S-H. Chen and Y. Sakawa
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental study on transport properties of molten iron alloy (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Nishikawa, et al, Y. Sakawa, et al
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Collisionless Electrostatic Shock Acceleration of Proton using High Intensity Laser LFEX (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Ota, A. Morace, R. Kumar, S. Kambayashi, S. Egashira, M. Kanasaki, Y. Fukuda, Y. Sentoku, and Y. Sakawa
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Infrared velocimetry observation of shock-compressed silicon up to 550 GPa (2018)
  • 著者名/発表者名: N. OZAKI, et al, Y. Sakawa, et al
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Toward Experimental Observations of Induced Compton Scattering (2018)
  • 著者名/発表者名: S. J. Tanaka, R. Yamazaki, Y. Kuramitsu, Y. Sakawa
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Thomson scattering measurements of the transition layer of collisionless shocks (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Yamazaki, et al, Y. Sakawa, et al
  • 学会等名: 12th International Conference on high Energy Density Laboratory Astrophysics HEDLA2018
  • 国際学会
• [学会発表] Ion acceleration by laser-driven collisionless electrostatic shock (2018)
  • 著者名/発表者名: Youichi Sakawa, Rajesh Kumar, Masato Ota, M. Kanasaki, Y. Fukuda, and Alessio Morace
  • 学会等名: International Symposium on Ultrafast Intense Laser Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Observation of ultra-high energy density state in nanowire allay target with x-ray free electron laser SACLA (2018)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shigemori, et al, Y. Sakawa, et al
  • 学会等名: 60th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Diagnosing ‘super-ponderomotive’ electron energy distribution with electron-positron pair production at LFEX (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasunobu Arikawa, et al, Y. Sakawa, et al
  • 学会等名: 60th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 国際学会