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2019 年度 実績報告書

運動論に基づく非線形高強度レーザー照射モデルを考慮した輻射流体シミュレーション

研究課題

研究課題/領域番号 17K05728
研究機関大阪大学

研究代表者

長友 英夫  大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (10283813)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード輻射流体シミュレーション / 運動論効果 / 高速電子輸送 / レーザープラズマ相互作用
研究実績の概要

本課題ではプラズマ輻射流体コードに高速電子の影響を考慮したモデルを組み込むことによって、その適用限界を広げるための物理の把握とモデル化が研究対象となっている。令和1年度は主に以下の2点の開発作業を行うとともに研究成果の整理、まとめ作業を行った。
固体に高強度レーザーを照射した場合の運動論的な効果を考慮した輻射流体シミュレーションコードの開発について、これまでは高速電子成分を拡散近似的に考慮したSNBモデルを主に使っていた。しかし、計算負荷が少ない反面、高速電子の等方性が担保できない問題での妥当性が問題となっていた。そこで、今年度は非等方性が強い場合も扱えるようにM1モデルの導入を図った。従来のM1モデルは計算量の増大が問題となり、流体コードとの連携のネックになっていたが、陰解法化することによってその問題がほぼ解決した。
一方、高速電子発生のデータベース構築のために、1次元電磁粒子シミュレーション(PIC)コードを利用して非線形レーザープラズマ相互作用のシミュレーションを行った。特に、長い密度スケール長で発生する誘導ラマン散乱について、それによって発生する高速電子スペクトルとレーザー吸収率を中心に調べた。その結果、高速電子スペクトル分布と誘導ラマン散乱光の密度スケール長との依存関係を明らかにした。その成果を米国物理学会プラズマ部会で発表するとともに論文化作業を進めている。ただし、流体シミュレーションの時間スケールでも無視できない時間依存性も見られることから流体シミュレーションへ矛盾なく組み込みための工夫も必要であることが明らかになった。なお、ここで明らかになった誘導ラマン散乱の特性は実験計測にも応用可能であることから、新たな計測手法を目指した研究にも着手した。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Petapascal Pressure Driven by Fast Isochoric Heating with a Multipicosecond Intense Laser Pulse2020

    • 著者名/発表者名
      Matsuo K., Higashi N., Iwata N., Sakata S., Lee S.,Johzaki T., Sawada H., Iwasa Y., Law K. F., Morita H., Ochiai Y., Kojima S., Abe Y., Hata M.,Sano T., Nagatomo H. et al.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 124 ページ: 35001

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.124.035001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experiments of forward THz emission from femtosecond laser created plasma with applied transverse electric field2020

    • 著者名/発表者名
      Fukuda T., Otsuka T.P., Sentoku Y., Nagatomo H., Sakagami H., Kodama R., Yugami N.
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: 20902

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab67e1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study of fast ignition target design for ignition and burning experiments2019

    • 著者名/発表者名
      Nagatomo H.、Johzaki T.、Asahina T.、Hata M.、Sentoku Y.、Mima K.、Sakagami H.
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 59 ページ: 106055~106055

    • DOI

      10.1088/1741-4326/ab3a5d

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electromagnetic field growth triggering super-ponderomotive electron acceleration during multi-picosecond laser-plasma interaction2019

    • 著者名/発表者名
      Kojima S., Hata M., Iwata N., Arikawa Y., Morace A., Sakata S., Lee S., Matsuo K., Law K. F. F., Morita H., Ochiai Y., Yogo A., Nagatomo H., et. al.
    • 雑誌名

      Communications Physics

      巻: 2 ページ: 99

    • DOI

      10.1038/s42005-019-0197-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct observation of imploded core heating via fast electrons with super-penetration scheme2019

    • 著者名/発表者名
      Gong T.、Habara H.、Sumioka K.、Yoshimoto M.、Hayashi Y.、Kawazu S.、Otsuki T.、Matsumoto T.、Minami T.、Abe K.、Aizawa K.、Enmei Y.、Fujita Y.、Ikegami A.、Makiyama H.、Okazaki K.、Okida K.、Tsukamoto T.、Arikawa Y.、Fujioka S.、Iwasa Y.、Lee S.、Nagatomo H.、Shiraga H.、Yamanoi K.、Wei M. S.、Tanaka K. A.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 ページ: 5614

    • DOI

      10.1038/s41467-019-13574-8

    • 査読あり
  • [学会発表] An optimum design of a cone-inserted target implosion for reactor scale Fast Ignition2019

    • 著者名/発表者名
      Hideo NAGATOMO
    • 学会等名
      3rd Association of Asia-Pacific Physical Societies Division of Plasma Physics 2019
    • 招待講演
  • [学会発表] Hydrodynamic simulation with the hot-electron transport model for shock ignition2019

    • 著者名/発表者名
      Hideo Nagatomo, Takeru Hatanaka, Masayasu Hata
    • 学会等名
      61th Annual meeting of the American Physical Society meeting, Division of Plasma Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of high intensity Laser Plasma Interaction on hydrodynamic simulations2019

    • 著者名/発表者名
      Takeru Hatanaka, Masayasu Hata, Hideo Nagatomo
    • 学会等名
      61th Annual meeting of the American Physical Society meeting, Division of Plasma Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] レーザープラズマシミュレーションにおける高速電子熱流束の高精度化2019

    • 著者名/発表者名
      長友英夫、畠中健
    • 学会等名
      第33回数値流体力学シンポジウム

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公開日: 2021-01-27  

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