レーザー生成超強磁場を用いた高エネルギー量子ビーム制御と実験室Ｘ線天文学

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24684044
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 藤岡 慎介 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 准教授 (40372635)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 強磁場 / 高出力レーザー / プラズマ科学 / 高エネルギー密度プラズマ

研究実績の概要

＜複数のキャパシターコイルを用いた磁場形状の制御＞
二つのキャパシター・コイルターゲットをヘルムホルツ型に配置し，それぞれのターゲットに3ビームずつを集光照射することで，約1 mm x 1 mm x 1mmの領域で，空間的に均一な磁場を生成することに成功した．磁場強度は，TGG結晶を用いたファラデー回転法及び，磁気プローブを用いて測定し，200 – 300 Tの磁場が得られている．磁場の空間分布については，LADIAコードを使って計算出来るようになった． このような配置を今後応用することで，外部磁場によるレーザー生成高速電子のガイディングや集束を制御可能になった．
＜キロテスラ磁場による高速電子のガイディングの原理実証＞
一つのキャパシター・コイルターゲットを使い， 500 Jのレーザーを集光照射して，コイル中心で600 Tの磁場を生成した．コイル中心付近に，プラスチック製のターゲットを設置し，その一面にピコ秒のレーザーパルスを集光照射し，高速電子を発生させた．高速電子がターゲット中を伝搬し，裏面から飛び出す瞬間に高速電子が放射するCoherent Transition Radiation (CTR) をイメージングし，高速電子の空間パターンを計測した．
磁場を印加することで，相対論的電子ビームの広がりが横方向に明らかに小さくなると共に，CTRの信号強度が約3倍ほど強くなることが確認された．これは，外部磁場を印加することによって，高速電子の発散が押さえられた結果であると考えられる．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

レーザー駆動キャパシターコイルによって発生した磁場の形状制御や，シンプルな系での高速電子のガイディングの原理実証に成功している．磁場形状制御を積極的に活用することで，高速電子の発散角や伝搬方向制御など，様々な応用が期待される．

今後の研究の推進方策

レーザー生成プラズマの密度は，磁場閉じ込めプラズマよりも遙かに大きいため，ミラー磁場による高速電子の反射は単純な予測よりも小さいことが，シミュレーション等により明らかになってきた．ミラー磁場によって収束された高速電子ビームによってバルクのプラズマが加熱され，バルク電子による反磁性電流が流れやすくなり，高速電子が収束する領域の磁場強度が弱くなるという現象である．このような磁場構造では，電子の反射は少なくなる．外部磁場による高速電子のガイディングに関して，平板ターゲットを用いた基礎実験を行い，ミラー型の磁場形状が高速電子のガイディングに与える影響を定量的に明らかにする．
また，本研究を遂行する中で，強磁場下での高エネルギー密度プラズマの流体不安定性という，レーザー核融合研究や天文学において，非常に興味深い研究テーマが見つかった．昨年度開発した複数のキャパシターコイルターゲットを用いた強磁場形状制御を積極的に活用し，強磁場下での流体運動の解明にも取り組んで行く．

次年度使用額が生じた理由

取引業者による出精値引き等により，予定よりも支出が少なかったため，次年度への繰り越し金が生じた．

次年度使用額の使用計画

今年度使用する磁気プローブの保持治具の製作費として使用する．

研究成果

• [雑誌論文] Density and x-ray emission profile relationships in highly ionized high-Z laser-produced plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshida, S. Fujioka, T. Higashiguchi, T. Ugomori, N. Tanaka, M. Kawasaki, Y. Suzuki, C. Suzuki, K. Tomita, R. Hirose, T. Ejima, H. Ohashi, M. Nishikino, A. Sunahara, B. Li, P. Dunne, G. O’Sullivan, T. Yanagida, H. Azechi, and H. Nishimura
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 106 ページ: 121109
  • DOI: 10.1063/1.4916395
  • 査読あり
• [雑誌論文] Progress in indirect and direct-drive planar experiments on hydrodynamic instabilities at the ablation front (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Casner, L. Masse, B. Delorme, D. Martinez, G. Huser, D. Galmiche, S. Liberatore, I. Igumenshchev, M. Olazabal-Loumé, P. Nicolaï, J. Breil, D. T. Michel, D. Froula, W. Seka, G. Riazuelo, S. Fujioka, A. Sunahara, M. Grech, C. Chicanne, M. Theobald, N. Borisenko, A. Orekhov, V. T. Tikhonchuk
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 21 ページ: 122702
  • DOI: 10.1063/1.4903331
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bright x-ray sources from laser irradiation of foams with high concentration of Ti (2014)
  • 著者名/発表者名: F. Perez, J. R. Patterson, M. May, J. D. Colvin, M. M. Biener, A. Wittstock, S. O. Kucheyev, S. Charnvanichborikarn, J. H. Satcher, S. A. Gammon, J. F. Poco, S. Fujioka, Z. Zhang, K. Ishihara, N. Tanaka, T. Ikenouchi, H. Nishimura, and K. B. Fournier,
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 21 ページ: 023102
  • DOI: 10.1063/1.4864330
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient extreme ultraviolet emission from one-dimensional spherical plasmas produced by multiple lasers (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshida, S. Fujioka, T. Higashiguchi, T. Ugomori, N. Tanaka, H. Ohashi, M. Kawasaki, Y. Suzuki, C. Suzuki, K. Tomita, R. Hirose, T. Ejima, M. Nishikino, A. Sunahara, E. Scally, B. Li, T. Yanagida, H. Nishimura, H. Azechi, and G. O’Sullivan
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 7 ページ: 086202
  • DOI: 10.7567/APEX.7.086202
  • 査読あり
• [学会発表] Hydrodynamics of high-energy-density plasma in strong magnetic field (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤岡慎介 他
  • 学会等名: レーザー学会 第35回年次大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-10
  • 招待講演
• [学会発表] 高出力レーザーを用いたキロテスラ級磁場の 発生とプラズマ科学への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤岡慎介 他
  • 学会等名: PLASMA2014
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2014-11-20 – 2014-11-20
  • 招待講演
• [学会発表] Strong Magnetic Field Generation for ICF and HEDP (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Fujioka et al.,
  • 学会等名: International Conference on Laser Interaction with Matter
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 2014-09-02 – 2014-09-02
  • 招待講演
• [学会発表] Generation of Kilo-Tesla Magnetic Field with High-Power Laser for LSC Experiments (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Fujioka et al.,
  • 学会等名: Optics & Photonics International Congress 2014
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2014-04-23 – 2014-04-23
  • 招待講演