2015 Fiscal Year Annual Research Report
電子輻射減衰とイオン相対論領域が共存する極限レーザー生成プラズマの学理と応用
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14J06405
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
岩田 夏弥 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 超高強度レーザープラズマ相互作用 / クラスター媒質 / 輻射減衰 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、集光強度が10の22-24乗W/cm2 に及ぶ超高強度レーザーの開発が進展している。本研究では、このような高強度のレーザー場を物質に照射することにより生成される相対論的プラズマに関する理論シミュレーション研究を行っている。
本年度は、特に相対論的電子からの高強度輻射とそれによる電子運動の減衰が重要となるレーザー強度領域（輻射減衰領域）において、複数のクラスターで構成されるクラスター媒質とレーザーとの相互作用に関する数値シミュレーション研究を進めた。本研究課題でこれまでに開発してきたプラズマ粒子計算コード（EPIC3D）を使用し、スーパーコンピュータを用いて輻射減衰領域における相対論的レーザープラズマ相互作用の数値実験を行った。その結果、高強度レーザー場がクラスター間の低密度プラズマ領域を通って媒質内に侵入し、媒質内部の電子がレーザー場とクラスター荷電分離場の双方からの強い加速度を受けることが明らかになった。このような強い加速度を受けたクラスター媒質内部の電子からは高強度輻射が発生し、レーザーから高エネルギー輻射へのエネルギー変換率は一様密度の媒質の場合に比べて数倍に上昇することがわかった。これは、クラスター媒質が高強度輻射媒質として優位な性質を示すことを示唆する結果であり、クラスター媒質の新しい輻射源としての応用等が期待される。また、輻射減衰領域では電子が受けた輻射減衰はイオンの加速にも影響を及ぼし、イオン最大エネルギーは一様密度プラズマの場合と同程度にまで抑えられることも明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度行ったスーパーコンピュータによる大規模シミュレーション（数値実験）で、超高強度レーザーとクラスター媒質との相互作用における強い電子加熱や高エネルギー輻射、また輻射エネルギー損失がイオン加速に与える影響など多くの現象が明らかになったが、それらを説明する理論構築および理論を検証するために必要な追加シミュレーションに時間を要し、論文出版が当初の予定よりやや遅れた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題最終年度となる平成28年度は、これまでの研究から明らかになった媒質構造に依存する高エネルギー輻射発生や高エネルギーイオン発生に関し、実験の可能性なども含めて考察・解析を行い、応用研究への展開を目指す。高エネルギー密度輻射プラズマ中での自己生成高強度電場・磁場形成の可能性や、それらの場の構造に対する電子輻射減衰の効果の解明も視野に入れた解析を行っていきたいと考えている。このようなレーザー生成輻射プラズマにおいて実現する粒子加速・加熱やX線、ガンマ線発生の基礎物理の解明は宇宙物理学の観点からも重要であるため、宇宙・天文プラズマ分野の研究者とも議論を行い、本研究の今後の発展に繋げる予定である。
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Research Products
(5 results)
