Experimental research on magnetic reconnection with high-power laser-produced plasmas

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H01881
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 森田 太智 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (30726401)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松清 修一 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (00380709) ; 山崎 了 青山学院大学, 理工学部, 教授 (40420509) ; 有川 安信 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (90624255) ; 竹崎 太智 富山大学, 学術研究部工学系, 助教 (90824326)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 磁気リコネクション / レーザーアブレーション / 高強度レーザー / レーザー計測 / 磁化プラズマ

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、レーザー生成プラズマ中で磁気リコネクションを駆動し、プラズマ発光計測で磁化プラズマ挙動の膨張と衝突の様子を、二方向のレーザートムソン散乱法を用いて電子・イオンの速度分布関数を計測することで、リコネクション率とプラズマ加熱・加速との関係を明らかにする。
2023年度は、薄膜へのレーザー照射点を変更することで、磁気リコネクションを引き起こす反平行磁場と上流のプラズマを変えることで、リコネクション率や加熱・加速にどう影響するのかを検証した。その結果、昨年度論文発表した手法を用いてリコネクション率を評価したところ、上流に依存せず、非常に速いリコネクション率R~0.1を得た。これは無衝突プラズマにおける磁気リコネクションにおいて理論的に予想される速いリコネクション率を示している。
また、計測系を充実させるため、これまでプラズマ生成に用いてきた大型レーザーである激光を計測用レーザーとして用いることで十分なエネルギーを確保して、レーザートムソン散乱の電子項の計測に成功した。今後は、これまでのNd：YAGを用いたイオン項計測と激光を用いた電子項計測を併用することで、イオン、電子両方の速度分布を得ることが可能になる。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] レーザープラズマ中の磁気リコネクションにおけるプラズマ加熱・加速の実験検証 (2024)
  • Author(s): 森田太智
  • Organizer: 名古屋大学宇宙地球環境研究所 共同研究集会
  • Invited
• [Presentation] 高エネルギー密度プラズマによるレーザー宇宙実験と宇宙推進への応用研究 (2024)
  • Author(s): 森田 太智, 松清 修一, 諌山 翔伍, Schilling Nathan, 山本 直嗣, 山崎 了, 田中 周太, 竹崎 太智, 境 健太郎, 枝本 雅史, 蔵満 康浩, Pan Yiming, 富田 健太郎, 森 芳孝, 伊勢 俊之, 村田 駿介, 砂原 淳, 難波 愼一, 梶村 好宏, 坂和 洋一
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第44回年次大会
  • Invited
• [Presentation] 直接計測によるレーザー核融合ロケットの模擬実験 (2024)
  • Author(s): 尾川 知也, 古場健斗, 森田太智, Nathan Schilling
  • Organizer: 宇宙輸送シンポジウム
• [Presentation] 高エネルギー密度プラズマを用いた磁気リコネクションの実験研究 (2023)
  • Author(s): 森田太智, 村本裕耶, 前之園凱夫, 金定功樹 et al
  • Organizer: プラズマ・核融合学会年会
  • Invited
• [Presentation] Experimental investigation of energy conversion in a magnetic reconnection in laser-produced plasma (2023)
  • Author(s): Taichi MORITA, Shuichi MATSUKIYO, Ryo YAMAZAKI, Shogo ISAYAMA, Shuta TANAKA, Masahiro HANANO, Yoshiki KANESADA, Yasuhiro KURAMITSU, Yoshio MAENOSONO, Yuya MURAMOTO, Gaku NAKAYAMA, Kaori OBAYASHI, Kotaro OSHIDA, Kentaro SAKAI, Juri SHIOTA, Yuto SUZUKI, Taichi TAKEZAKI, Kentaro TOMITA, Shoma YAKURA, and Youichi SAKAWA
  • Organizer: International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications
• [Presentation] 高エネルギーレーザー生成プラズマにおける磁気リコネクションの加熱・加速の直接計測とパラメータ依存性の検証 (2023)
  • Author(s): 森田太智, 村本裕耶, 前之園凱夫, 金定功樹, 松清修一, 諌山翔伍, 忍田昂太郎, 松尾涼人, 児島拓仁, 東力也, 高橋健太, 山崎了, 田中周太, 相原研人, 佐藤雄飛, 塩田珠里, 城所佑奈, 矢倉彰真, 坂和洋一, 江頭俊輔, 前田亘佑, 鈴木悠斗, 花野正浩, 蔵満康浩, 富田健太郎, Yimin Pan, 竹崎太智, 小口拓哉, 枝本雅史, 境健太郎
  • Organizer: 日本物理学会 年会