ピコ秒高強度レーザーによる静的電磁場の自己生成とその相対論的電子加速への応用

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K13522
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 小島 完興 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, 研究員(任常) (40815156)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: レーザープラズマ相互作用 / 高強度レーザー / レーザーホールボーリング / 光圧

研究実績の概要

量子科学技術研究開発機構量子ビーム科学部門関西光科学研究所研究員の小島完興は、大阪大学レーザー科学研究所の藤岡慎介教授らの研究グループ及び、自然科学研究機構核融合科学研究所、広島大学工学研究科、レーザー技術総合研究所、北京物理学研究所の研究者らで構成された国際共同研究チームとともに、従来の研究よりも約10倍長い4ピコ秒にわたって、高強度レーザーをプラズマに照射し続けることにより、レーザーによる電子加速の効率が、従来法と比べて4倍以上向上することを発見しました。この効率向上には、プラズマ中で突発的に発生するキロ・テスラ級の強磁場が関与していることを解明し、突発的な磁場発生が起こる時刻を予測する方程式を導出しました。この方程式を使うことで、高効率に電子を加速するのに必要なレーザーパルス幅(照射時間)を容易に決定することができます。本研究は、レーザー核融合エネルギーの実現に貢献すると共に、小型医療用粒子線加速器などへの応用も期待されます。
本研究成果は、英国物理学誌「Communication Physics誌」に、2019年8月27日(火)18時(日本時間)に公開されました。（S. Kojima et al. Communications Physics 2, 99 (2019)）
また本研究に関連して光・量子ビーム科学合同シンポジウムのベストポスター賞が授与され、大阪大学からはプレスリリース（レーザー装置への負荷を低減しつつレーザー加速を効率化）が2019年10月2日付けで発表されました。

研究成果

• [雑誌論文] Electromagnetic field growth triggering super-ponderomotive electron acceleration during multi-picosecond laser-plasma interaction (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Kojima, M. Hata, N. Iwata, Y. Arikawa, A. Morace, S. Sakata, S.H. Lee, K. Matsuo, K. F. F. Law, H. Morita, Y. Ochiai, A.Yogo, H. Nagatomo, T. Ozaki, T. Johzaki, A. Sunahara, H. Sakagami, Z. Zhang, S. Tosaki, Y. Abe, J. Kawanaka, S. Tokita, M. Nakai, H. Nishimura, H. Shiraga, H. Azechi, Y. Sentoku and S. Fujioka
  • 雑誌名: Communications Physics 巻: 2 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/s42005-019-0197-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Single-shot frequency-resolved optical gating for characterizing the instantaneous intensity and phase of the LFEX laser pulse (2019)
  • 著者名/発表者名: Sadaoki KOJIMA, Yugo OCHIAI, Shunsuke INOUE, Yasunobu ARIKAWA, Mao TAKEMURA, Masaki HASHIDA, Shunsuke FUJIOKA, and Shuji SAKABE
  • 学会等名: Eleventh International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
  • 国際学会
• [学会発表] 高強度レーザープラズマ相互作用面の高速挙動診断のための高時間分解能FROGの開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小島完興
  • 学会等名: 光・量子ビーム科学合同シンポジウム2019