相対論強度レーザービームと核融合プラズマの相互作用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 00F00101
• Research Institution: Osaka University
• Host Researcher: 山中 龍彦 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 教授
• Foreign Research Fellow: つぇん じあん 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 外国人特別研究員
• Keywords: ultraintense laser pulse / self-generated magnetic field / transition radiation

Research Abstract

本年度、私は超高強度レーザーと個体ターゲットと相互作用の研究に専念し、その研究成果を以下にまとめる。
(1)自己生成磁場
超高強度レーザーが個体ターゲットと相互作用した場合、非常に強い磁場が形成される。この強磁場は高密度プラズマ領域において形成され、光学的プローブではこのような高密度領域を計測できない。この領域における自己生成磁場の計測手法を新たに提案した。自己生成磁場内で同領域での電子はサイクロトロン運動をし、入射レーザーにより8の字運動をするので、これら2種の運動のカップリングにより散乱光の高次高調波にサイドバンドが形成され得る。これらのサイドバンドの周波数間隔は自己生成磁場の強度に比例する。2次元数値計算にてこの提案を模擬した。この研究に関しては論文を執筆してPhysics of Plasmに投稿し掲載された。
この提案に基づき、大阪大学の激光MII号および激光XII号を用いて実験を行い、データを得た。得られたデータは二倍高調波近傍に複数のサイドバンドが見受けられ、その構造はレーザースポットの中心部が弱く、周囲に強いものでアンペアの法則に基づく磁場構造を有していた。
(2)高速電子によるTransition Radiation(以下:TR)
異なる誘電率を持つ物質の界面を荷電粒子が通り抜ける際に放出される電磁波をTRと呼ぶ。この電磁波は超高強度レーザーと個体の相互作用における高速電子生成に関する研究の新たな計測法となる。高速電子は非常に短時間の内に生成され、さらにその生成量は大きいので、これらの電子同士の干渉効果は重要である。高速電子の特性とTRのスペクトルの関係について、私は数値的に研究した。Incoherent TRの分布角が高速電子の温度に依存し、全エネルギーが高速電子の個数に依存するということ、さらにCoherent TRの分布角は高速電子の温度と電子バンチの形状により記述されているという結果を得た。この分野に関しても論文を執筆し、Physics of Plasmaに投稿し掲載された。
予測を立証するため、大阪大学の激光XII号を用いて実験を行い、データを得た。現在これらのデータを解析中である。

Research Products

• [Publications] Jian Zheng, K.A.Tanaka, Y.Sentoku, A.A.Offenberger, Y.Kitagawa et al.: "Harmonic emission with cyclotron satellite structure due to strong magnetic fields produced by ultra-intense laser-plasma interaction"Physics of Plasmas. 9. 3193-3196 (2002)
• [Publications] Jian Zheng, K.A.Tanaka, T.Miyakoshi, Y.Kitagawa, et al.: "Theoretical study of transition radiation from hot electrons generated in laser plasma interaction"Physics of Plasmes. 9. 3610-3616 (2002)