レーザープラズマと電子加速における船首波

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21740302
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: ESIRKEPOV Timur 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (10370363)
• キーワード: 船首波 / プラズマ / レーザー / 相対論的相互作用 / 相対論的自己集束 / 高次高調波発生 / Particle-in-Cell法 / クラスタサーバ

研究概要

(1)電子加速に対する船首波励振の影響について、マルチパラメトリックの2D PIC計算と3D PIC計算を使用して調べ、以下のことがわかった。強く集光されたレーザーが電子を横に押しのけ、その結果、船首波が形成される。船首波は、電子を加速する航跡波の静電ポテンシャルを増強する作用がある。
(2)船首波による高次高調波生成の機構をシミュレーションによって調べた。自己集束したレーザーパルスはプラズマの中に電子密度空洞と船首波を生成する。この空洞の壁と船首波が交わる境界で、電子密度が高くなるスパイクが生成される。これは、カスプ・カタストロフに対応している。レーザー場にさらされた電子スパイクが振動することにより高次高調波は作り出される。
電子密度スパイクからの放射はコヒーレント放射であり、放射強度はスパイク中に含まれる電子の数の二乗に比例している。このモデルの妥当性は2D PIC計算と3D PIC計算によって確かめられた。モデルとシミュレーションによって、テラワットレーザーJ-KAREN(JAEA)とAstra-Gemini(RAL、イギリス)の最近の実験で見られたXUVの領域の高次高調波について説明することができた。これにより、この高次高調波生成機構に基づいた、新しいXUV光およびX線源の開発を提案した。
(3)レーザーで駆動される船首波は天体物理学の船首波のモデルである。これは実験室宇宙物理学において有用である。
(4)研究成果は、Physical Review Letters及びProceedings of SPIEの各紙に論文発表した。また、3つの国際会議で口頭発表を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Soft-X-Ray Harmonic Comb from Relativistic Electron Spikes (2012)
  • 著者名/発表者名: A.S.Pirozhkov, M.Kando, T.Zh.Esirkepov, P.Gallegos, H.Ahmed, E.N.Ragozin, A.Ya.Faenov, T.A.Pikuz, T.Kawachi, A.Sagisaka, J.K.Koga, M.Coury, J.Green, P.Foster, C.Brenner, B.Dromey, D.R.Symes, M.Mori, K.Kawase, T.Kameshima, Y.Fukuda, L.Chen, I.Daito, K.Ogura, Y.Hayashi, H.Kotaki, H.Kiriyama, H.Okada, N.Nishimori, T.Imazono, K.Kondo, T.Kimura, T.Tajima, H.Daido, P.Rajeev, P.McKenna, M.Borghesi, D.Neely, Y.Kato, S.V.Bulanov
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: Vol.108 ページ: "135004-1"-"135004-5"
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.135004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherent x-ray generation in relativistic laser/gas jet interactions (2011)
  • 著者名/発表者名: A.S.Pirozhkov, M.Kando, T.Zh.Esirkepov, J.K.Koga, H.Kiriyama, K.Kondo, H.Daido, P.Gallegos, D.Neely, H.Ahmed, M.Borghesi, E.N.Ragozin, A.Ya.Faenov, T.A.Pikuz, P.McKenna, Y.Kato, S.V.Bulanov
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: Vol.8140 ページ: "81400A-1"-"81400A-16"
  • DOI: 10.1117/12.892898
  • 査読あり
• [学会発表] Fundamental Physics and Relativistic Laboratory Astrophysics with Extreme Power Lasers (2011)
  • 著者名/発表者名: Timur Esirkepov
  • 学会等名: European Conference on Laboratory Astrophysics (ECLA)
  • 発表場所: Eurosites-Republique, Paris, France(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-30
• [学会発表] High-Order Harmonics from Bow Wave Caustics Driven by a High-Intensity Laser (2011)
  • 著者名/発表者名: Timur Esirkepov
  • 学会等名: 3^<rd> International Symposium on Laser-Driven Relativistic Plasmas Applied to Science, Energy, Industry, and Medicine
  • 発表場所: KPSI, Kizugawa, Japan(招待講演)
  • 年月日: 2011-06-02
• [学会発表] Proposed experiments for the study of extreme field limits in the ultra-relativistic laser-plasma interaction (2011)
  • 著者名/発表者名: Timur Esirkepov
  • 学会等名: SPIE Optics+Optoelectronics
  • 発表場所: Prague Congress Centre, Prague, Czech Republic(招待講演)
  • 年月日: 2011-04-20
• [備考]
  • URL: http://www.jaea.go.jp/02/press2011/p12030201/index.html
• [備考]
  • URL: http://prl.aps.org/supplemental/PRL/v108/i13/e135004