プラズマ中の高強度レーザーによる相対論的サブサイクルソリトンの生成

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 00F00102
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 西原 功修 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 教授
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ESIRKEPOV Timur 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: ソリトン / サブサイクルソリトン / 電磁波ソリトン / 3次元ソリトン / クーロン爆発 / レーザー加速 / レーザーイオン加速 / ダブルフォイル

Research Abstract

超高強度レーザーとプラズマとの相対論的非線形相互作用について、独自に開発した3次元プラズマ粒子コードを用いたシミュレーションを行い、研究の目的であった3次元サブサイクル電磁波ソリトンの存在の確認とその構造を解析した。ソリトンはポロイダル電場とトロイダル磁場電磁波(TMモード)、およびダイポール静電場からなることを明らかにした。しかしながら、イオンの時間スケールではクローン爆発によってソリトンは減衰すること、またp偏向、またはs偏向レーザーとの相互作用で形成される2次元ソリトンとの関係を明らかにした。これらの成果は、Physical Review Lettersに発表した。さらに、高エネルギープロトンビームによってソリトンのイメージングができることをシミュレーションで明らかにし、この成果を論文として発表する予定である。
また、超高強度レーザーを用いたイオンビーム加速の研究を行い、高Zフォイルと低Zフォイルのダブルフォイルを用いることにより、エネルギーが拡がり、ビームの空間拡がりの少ない高品質のイオンビーム加速を実現できることを3次元プラズマ粒子シミュレーションを用いて示した。この成果もPhysical Review Lettersなどに発表した。
その他、超高強度レーザーとプラズマの非線形相互作用において相対論的非等方フィラメンテーションが生じることなどを論文とし発表した。

Research Products

• [Publications] T.Esirkepov et al.: "Three-dimensional Relativistic Electromagnetic Subcycle Solitons"Physical Review Letters. 89・27. 275002-1-275002-4 (2002)
• [Publications] T.Esirkepov et al.: "Proposed Double-Layer Target for the Generation of High-Quality Laser Accelerated Ion Beams"Physical Review Letters. 89・17. 175003-1-175003-4 (2002)
• [Publications] N.M.Naumova et al.: "Polarization effects and anisotropy in three-dimensional relativistic self-focusing"Physical Review E. 65・4. 045402-045408 (2002)
• [Publications] S.V.Bulanov et al.: "Generation of High-Quality Charged Particle Beams during the Acceleration of Ions by High-Power Laser Radiation"Plasma Physics Report. 28・12. 975-991 (2002)
• [Publications] M.Borghesi et al.: "Macroscopic Evidence of Soliton Formation in Muliterawatt Laser-Plasma Interaction"Physical Review Letters. 88・13. 135002-1-135002-4 (2002)
• [Publications] S.V.Bulanov et al.: "Oncological hardrontherapy with laser ion accelerators"Physics Letters. 299・2. 240-247 (2002)