Super-penetrationを用いた高速点火の加熱検証

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05751
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 田中 和夫 大阪大学, 未来戦略機構, 招へい教授 (70171741)
• 研究分担者: 羽原 英明 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (60397734) ; 坂上 仁志 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (30254452) ; 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)
• 研究期間 (年度): 2015-05-29 – 2020-03-31
• キーワード: Super-penetration / レーザー光集束 / 相対論的レーザー光異常透過 / 高速電子 / 高速点火レーザー核融合

研究実績の概要

昨年度に引き続き平面プラズマを用いた高強度レーザーの伝搬に関する実験を、米国ロチェースター大学で行った。プラズマ密度プロファイルを変えないように、温度だけ変化するようにプラズマ生成ビームのパルス波形を変形することで、温度200eVと800eVのミリメートルスケールの長スケールプラズマの作成に成功した。そこに高強度レーザーを照射すると、低温度の場合は殆どレーザーが伝搬しないことが明らかになり、影絵計測の結果、レーザー中心部分よりフィラメント不安定性が成長することで伝搬を阻害することが明らかになった。また本科研費で購入したレーザーの整備を進め、真空チャンバーにレーザーを導入し、プラズマの生成することに成功した。また大型の高効率に並列化された粒子コードを完成し、ミリメートルスケールのプラズマ伝搬の計算を行い、実験と良い一致を見ることを示した。同時に２次元の流体シミュレーションコードにも取り掛かり、爆縮又は平板プラズマの時間発展を正確に追うことが出来るようになった。

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

大型実験を実施することで、高強度レーザーがより高密度領域に伝搬する条件を明らかにすることが出来た。さらに大型粒子シミュレーションコードが完成し、実際に実験を再現するような・シミュレーションをスーパーコンピューターで実施し、実験結果を再現する結果を得た。これによりより一層詳細で正確な実験設計が行えるようになった。また流体シミュレーションの導入により、高強度レーザー照射時のプラズマ状態を理解することが出来るようになり、より一層シミュレーションに即した実験を行うことが出来るようになった。

今後の研究の推進方策

大阪大学レーザーエネルギー学研究センターにおいて、爆縮プラズマへの高強度レーザー照射実験、すなわちsuper-penetration実験を実施する。この実験のために、新しく銅イオンを添付した中実球ターゲットを開発し、プラズマ中の高強度レーザーの伝搬、燃料コア領域へのエネルギー付与の様子を計測していく。

研究成果

• [国際共同研究] ロチェスター大学レーザーエネルギー研究所/ロサンゼルス州立大学サンディエゴ校/ General Atomics社(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ロチェスター大学レーザーエネルギー研究所/ロサンゼルス州立大学サンディエゴ校/ General Atomics社
• [国際共同研究] オックスフォード大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: オックスフォード大学
• [国際共同研究] Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf
• [国際共同研究] ELI- Nuclear Physics(ルーマニア)
  • 国名: ルーマニア
  • 外国機関名: ELI- Nuclear Physics
• [国際共同研究] 中国科学技術大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 中国科学技術大学
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 1
• [雑誌論文] Visualizing Fast Electron Energy Transport Into Laser-Compressed High-Density Fast-Ignition Targets (2016)
  • 著者名/発表者名: L.C.Jarrott, M.S.Wei, C.McGuffey, A.A.Solodov, W.Theobald, B.Qiao, C.Stoeckl, R.Betti, H.Chen, J.Delettrez, T.Doppner, E.M.Giraldez, V.Y.Glebov, H.Habara, T.Iwawaki, M.H.Key, R.W.Luo, E.J.Marshall, H.S.Mclean, C.Mileham, P.K.Patel, J.J.Santos, H.Sawada, R.B.Stephens, T.Yabuuchi, and F.N.Beg
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 12 ページ: 499,504
  • DOI: 10.1038/nphys3614
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient energy absorption of intense ps-laser pulse into nanowire target (2016)
  • 著者名/発表者名: H.Habara, S.Honda, M.Katayama, H.Sakagami, K.Nagai, and K.A.Tanaka
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 23 ページ: 063105-1,-5
  • DOI: 10.1063/1.4953092
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Indirect monitoring shot-to-shot shock waves strength reproducibility during pump-probe experiments (2016)
  • 著者名/発表者名: T.A.pikuz, A.Ya. Faenov, N.Ozaki, N.J.Hartley, B.Albertazzi, T.Matsuoka, K.Takahashi, H.Habara, Y.Tange, S.Matsuyama, K.Yamauchi, R.Ochante, K.Sueda, O.Sakata, T.Sekine, T.Sato, Y.Umeda, Y.Inubushi, T.Yabuuchi, T.Togashi, T.Kataya
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 120 ページ: 035901-1,-7
  • DOI: 10.1063/1.4958796
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic field generation during intense laser channelling in underdense plasma (2016)
  • 著者名/発表者名: A.G.Smyth, G.Sarri, M.Vranic, Y.Amano, D.Doria, E.Guillaume, H.Habara, R.Heathcote, G.Hicks, Z.Najmudin, H.Nakamura, P.A.Norreys, S.Kar, L.O.Silva, K.A.Tanaka, J.Vieira and M.Borghesi
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 23 ページ: 079901-1,-1
  • DOI: 10.1063/1.4959856
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 高強度レーザーを用いた超臨界・遮断密度プラズマ中での導波路形成と加熱 (2017)
  • 著者名/発表者名: 羽原英明
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学・豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-19 – 2017-03-19
  • 国際学会
• [学会発表] 高強度レーザー伝搬におけるプラズマ密度・温度依存 (2016)
  • 著者名/発表者名: 羽原英明
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学・角間キャンパス
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-17
  • 国際学会
• [学会発表] Surface plasmon resonance by ultra intense laser field (2016)
  • 著者名/発表者名: 羽原英明
  • 学会等名: The 14th International Conference of Near-Field Optics, Nanophotonics and Related Techniques
  • 発表場所: Act city Hamamatsu
  • 年月日: 2016-09-08 – 2016-09-08
  • 国際学会
• [学会発表] Relativistic Laser Self-focusing Approach toward Fast Ignition (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中和夫
  • 学会等名: OPIC2016
  • 発表場所: パシフィコ横浜会議センター
  • 年月日: 2016-05-20 – 2016-05-20
  • 国際学会
• [学会発表] On the mismatch in stimulated scattering processes in inhomogeneous plasmas (2016)
  • 著者名/発表者名: Gong Tao
  • 学会等名: OPIC2016
  • 発表場所: パシフィコ横浜会議センター
  • 年月日: 2016-05-20 – 2016-05-20
  • 国際学会
• [学会発表] Generating Surface Plasmon Resonance by interacting Laser with Ag Grating (2016)
  • 著者名/発表者名: 大月崇史
  • 学会等名: OPIC2016
  • 発表場所: パシフィコ横浜会議センター
  • 年月日: 2016-05-20 – 2016-05-20
  • 国際学会
• [学会発表] Selection transpport in The Background Plasma with Steep Density Gradient (2016)
  • 著者名/発表者名: 林宜章
  • 学会等名: OPIC2016
  • 発表場所: パシフィコ横浜会議センター
  • 年月日: 2016-05-17 – 2016-05-17
  • 国際学会