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2019 年度 実績報告書

強磁場下で新たに発現する高エネルギー密度プラズマの流体不安定性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18J11354
研究機関大阪大学

研究代表者

松尾 一輝  大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
キーワード高エネルギー密度プラズマ / 流体不安定性 / レーザー核融合
研究実績の概要

申請者は,強磁場がプラズマの運動に与える影響を実験的に解明した.プラズマ中で磁力線がプラズマの微細な擾乱の運動によって圧縮,引き延ばしを受けることで,熱伝導の分布が不均一になり,この不均一性が圧力の不均一を生じさせることで磁気レイリー・テイラー不安定性の成長が促進される新しい流体不安定性現象も実験的に明らかにした.申請者はこの成果について,国際学会(11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications)で発表し,流体不安定性の制御が必要なレーザー核融合分野や天文分野に広く資する成果であるとしてChiyoe Yamanaka Awardを受賞した.
さらに,高強度レーザーが強磁場中のプラズマ内部に作る急峻な温度勾配による熱輸送によって,効率的に核融合燃料を加熱する加熱方式を実験的に検証した.圧縮した燃料コアに外部から数ピコ秒の短パルスレーザーを用いてエネルギーを与えると、レーザー照射面が直接加熱され、その熱が温度の低いコアの中心部分に広がっていく.外部磁場を印可することで、熱拡散の広がりをコアの中心部分に向かうように指向させることができる.申請者は外部磁場中で、銅をトレーサーとしてドープしたターゲットを圧縮後、短パルスレーザーで加熱し、銅の輝線スペクトルを結晶型のX線分光器で取得することで、その輝線スペクトルの比から加熱されたターゲットの温度を推定した.またX線バックライト法でターゲットの影絵を取得することで、密度を推定した。これらの計測によって、合計4.6kJのレーザーエネルギーで22 Gbarもの高エネルギー密度プラズマを生成できることが実験的に実証された.申請者は上記の成果をまとめて,Physical Review Letter誌に論文を出版した.

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] University of Nevada Reno/University of San Diego(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Nevada Reno/University of San Diego
  • [国際共同研究] CELIA/University of Bordeaux(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      CELIA/University of Bordeaux
  • [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 Kazuki, Higashi Naoki, Iwata Natsumi, Sakata Shohei
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 124 ページ: 035001

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.124.035001

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Design of Zeeman spectroscopy experiment with magnetized silicon plasma generated in the laboratory2019

    • 著者名/発表者名
      Liu Chang、Matsuo Kazuki、Ferri Sandrine、Chung Hyun-Kyung、Lee Seungho、Sakata Shohei、Law King Fai Farley、Morita Hiroki、Pollock Bradley、Moody John、Fujioka Shinsuke
    • 雑誌名

      High Energy Density Physics

      巻: 33 ページ: 100710~100710

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.hedp.2019.100710

    • 査読あり / 国際共著
  • [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 Sadaoki, Hata Masayasu, Iwata Natsumi, Arikawa Yasunobu
    • 雑誌名

      Communications Physics

      巻: 2 ページ: 99

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s42005-019-0197-6

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Experimental study for characterizing the effect of a strong magnetic field to interfacial instability2019

    • 著者名/発表者名
      K.Matsuo, T.Sano, H.Nagatomo, K.Ishigure, H.Kato, H.Nagatomo, N.Philippe, N.Nagamatsu, Y.Sakawa, Y.Arikawa, S.Sakata, S.Lee, K.F.F.Law, H.Morita, C.Liu, H.Li, J.Nishibata, R.Takizawa, H.Azechi and S.Fujioka
    • 学会等名
      11th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マルチピコ秒ペタワットレーザーの熱拡散加熱による高エネルギー密度コアの生成2019

    • 著者名/発表者名
      K.Matsuo, H.Nagatomo, T.Sano, N.Philippe, T.Somekawa, Y.Sakawa, Y. Arikawa, S.Sakata, S.Lee, K.K.F.Law, H.Morita, H.Azechi and S.Fujioka
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会物性

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公開日: 2021-01-27  

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