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2020 年度 実績報告書

高強度レーザーと構造性媒質の相互作用による極限輻射プラズマ生成・閉じ込めと応用

研究課題

研究課題/領域番号 17H01180
研究機関京都大学

研究代表者

岸本 泰明  京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (10344441)

研究分担者 坂口 浩司  京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (30211931)
福田 祐仁  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員 (30311327)
深見 一弘  京都大学, 工学研究科, 准教授 (60452322)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード高エネルギー密度プラズマ / 高強度レーザー / 構造性ターゲット / 自己組織化
研究実績の概要

1) 電子線リソグラフィーとプラズマエッチング技術を用いたサブマイクロメートルサイズの微細構造を有する構造性ターゲットの作製において、クロム等の蒸着層やエッチング時の印可電圧/サイクル数を制御することにより、直径がサブマイクロメートル(250-500nm)オーダのシリコンの造性ターゲットの作成に成功した。特に、高強度レーザーとの相互作用を通して生成されたプラズマ中にKAオーダの電流やkTオーダの磁場を駆動・生成するとともに、これらを制御することで慣性時間を越えた閉じ込め機能を付与することを目的に、レーザー光を導入・捕獲する空洞領域を含む多重の微細構造を有するターゲットの製作に成功した。また、X線自由電子レーザー(SACLA:理化学研究所)システムを用いたレーザー照射実験を2021年5月に実施し、集光強度が10^17-18 W/cm^2 領域のレーザーに一様照射されたロッドターゲットの膨張過程において、微小X線散乱(SAXS)の回折パターンの変化(高次散乱スポットの消失)からロッドの膨張速度を中心とした相互作用の特性を調べた。その結果、レーザー強度の増加とともにピコ秒オーダで膨張速度が増加するとともに、生成されるプラズマの音速や平均電離価数などに関する情報を取得した。
2)高強度レーザーとロッド集合体の相互作用過程の3次元シミュレーションを行い、生成されるプラズマの電子温度が構造性ターゲットの空間重点率と比表面積によって特徴付けられることを示すとともに、ロッド集合体中におけるレーザー伝播やエネルギー吸収過程の詳細を明らかにした。また、これらのパラメータを制御することでターゲットの飛散時間が制御できることを明らかにした。また、相互作用領域にKTオーダの高強度磁場がレーザー照射時間を大きく上回るピコ秒オーダで生成・維持され、プラズマに一定の閉じ込め効果が付与することが分かった。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Gyrokinetic entropy balances and dynamics in toroidal flux-driven ITG turbulence2021

    • 著者名/発表者名
      Muto Mikiya、Imadera Kenji、Kishimoto Yasuaki
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 28 ページ: 082304~082304

    • DOI

      10.1063/5.0056058

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Statistical study for ITG turbulent transport in flux-driven tokamak plasmas based on global gyro-kinetic simulation2020

    • 著者名/発表者名
      Wang W.、Kishimoto Y.、Imadera K.、Liu H.R.、Li J.Q.、Yagi M.、Wang Z.X.
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 60 ページ: 066010~066010

    • DOI

      10.1088/1741-4326/ab7892

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Study of internal transport barriers based on flux driven global toroidal system2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Kishimoto
    • 学会等名
      H-mode transition and pedestal studies in fusion plasmas
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高強度レーザーによる平板固体水素中での非線形波動の励起と分岐による相対論的ロケット加速2022

    • 著者名/発表者名
      松井隆太郎, 岸本泰明
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
  • [学会発表] 磁気シア消失トロイダルプラズマにおける離散的分散と選択乱流2022

    • 著者名/発表者名
      岸本泰明, Zhihao Qin, Jianfu Liu, 石澤明宏, 中村祐司, Jiquan Li, 今寺賢志
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
  • [学会発表] 磁気島内部の分布形成におけるfull-fジャイロ運動論シミュレーション2021

    • 著者名/発表者名
      武藤 幹弥, 今寺 賢志, 岸本 泰明
    • 学会等名
      閉じ込め・輸送研究会2021
  • [学会発表] 高強度レーザーと波長オーダの構造性ターゲットとの非線形相互作用特性2021

    • 著者名/発表者名
      松井隆太郎, 上田永樹, 太田雅人, 福田祐仁, 坂和洋一, 岸本泰明
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
  • [学会発表] 高強度レーザー生成相対論プラズマにおける非線形波動の励起・分岐と粒子加速のトリガー2021

    • 著者名/発表者名
      岸本泰明, 松井隆太郎, 福田祐仁, 今寺賢志
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
  • [学会発表] 大域的乱流渦構造に対する磁気島効果の統計解析2021

    • 著者名/発表者名
      武藤幹弥, 今寺賢志, 岸本泰明
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
  • [学会発表] High energy density plasma produced by the interaction between high intensity laser and structured medium -A new platform studying magnetic confined plasmas using laser-2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Kishimoto, R. Matsui and K Imadera
    • 学会等名
      International Conference of High Energy Density Sciences 2021 (HEDS2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] レーザー照射された構造性媒質が生み出す多様な波動・構造形成現象と粒子加速の物理2021

    • 著者名/発表者名
      岸本泰明, 松井隆太郎
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] full-fジャイロ運動論ITG乱流シミュレーションによる開放系におけるエントロピーダイナミクスの研究2021

    • 著者名/発表者名
      武藤幹弥, 今寺賢志, 岸本泰明
    • 学会等名
      第26回NEXT(数値トカマク)研究会
  • [学会発表] 高強度レーザー駆動の相対論プラズマの凍り付きと非断熱的な無衝突衝撃波構造の形成2020

    • 著者名/発表者名
      岸本泰明, 松井隆太郎, 増井英陽, 今寺賢志
    • 学会等名
      第37回プラズマ・核融合学会年会
  • [学会発表] Study of the underlying physics of CSBA (Converging Shock-based Blow-off Acceleration) and the extension to two-dimensional rod/string configuration2020

    • 著者名/発表者名
      R. Matsui, Y. Fukuda and Y. Kishimoto
    • 学会等名
      4th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高強度レーザーと構造性ターゲットとの相互作用による高エネルギー密度プラズマ生成とその特性① ―背景の物理と展開―2020

    • 著者名/発表者名
      岸本泰明, 松井隆太郎, 深見一弘, 坂口浩司, 福田祐仁, 今寺賢志
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
  • [学会発表] 高強度レーザーと構造性ターゲットとの相互作用による高エネルギー密度プラズマ生成とその特性② ―T6およびJ-KAREN-Pレーザーによる実験と解析―2020

    • 著者名/発表者名
      松井隆太郎, 上原直希, 井原優希, 増井英陽, 深見一弘, 坂口浩司, Tatiana Pikuz, Maria Alhimova, 坂和洋一, 神野智史, 井上峻介, 金崎真聡, 太田雅人, 今寺賢志, 福田祐仁, 岸本泰明
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
  • [学会発表] 高強度レーザーと構造性ターゲットとの相互作用によるプラズマ境界層の形成とイオン加速2020

    • 著者名/発表者名
      増井英陽, 松井隆太郎, 岸本泰明
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
  • [学会発表] Quasimonoenergetic protons driven by CSBA(converging shock-induced blow-off acceleration) in a micron-scale hydrogen cluster2020

    • 著者名/発表者名
      Ryutaro Matsui, Yuji Fukuda, Yasuaki Kishimoto
    • 学会等名
      International conference on HIGH ENERGY DENSITY SCIENCES 2020 (HEDS 2020)」
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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