大阪大学 レーザー科学研究所

研究グループGROUPS

超高強度場科学(LF)

グループの概要

当グループは大阪大学大学院理学研究科物理学専攻の協力講座です.理学研究科物理学専攻の素粒子・原子核物理実験グループに属しています.大エネルギー高強度レーザーで発生させた超高強度な電場・磁場・輻射場等を用いた,高エネルギー密度プラズマ科学及びレーザー核融合プラズマに関する研究を担当しています.

研究の柱の一つは,超高強レーザー電磁場によるレーザー核融合燃料の加熱です.当研究所で研究している高速点火方式では,工場サイズの大エネルギー・レーザー激光XII号を用いて,核融合燃料を高密度に圧縮し,高強度レーザーLFEXでこの燃料を瞬間的に,核融合点火に必要な5千万度以上まで加熱します.ミクロスケール及びマクロスケールのプラズマのダイナミクスが生み出す電磁場と,入射と反射電磁場の干渉によって形成される乱れた電磁場構造等が複雑に絡み合った現象を扱います.緻密な実験と精密なシミュレーションを駆使して,この複雑な現象にある本質を見極め,目標達成に向かって進んでいきます.

更に,高強度場を利用した宇宙物理研究,核科学等,極限プラズマ科学及び超高強度場科学の新分野開拓を行っていいます.ブラックホール周辺で観測される光電離プラズマ現象を実験室内での観測,Warm Dense Matterと呼ばれる固体・液体とプラズマの境界にある物質の電磁波特性を測定,電磁場乱流が作る無衝突衝撃波の形成と粒子加速,高エネルギー密度プラズマ中での磁気リコネクションと粒子加速,多段衝撃波による物質の超高密度圧縮とそれに伴う流体不安定性,高エネルギー密度内部で起こる核反応計測など,自ら研究対象に枠を設けるようなことはせず,その時々に興味があり,重要なことに積極的に挑戦するという方針です.研究に加えてレクリエーションも重要だと考えています.最近の 活動状況についてはグループのホームページをご覧下さい.

研究室HP

写真1 博士論文公聴会での発表の様子

写真2 2017年3月に日本物理学会年次大会の後に開催した卒業生壮行会.色んな人と様々なイベントを企画しています.

主に使用する施設

  • 国内最大エネルギーのガラスレーザー 激光XII号
  • 世界最大エネルギーのペタワットレーザー LFEX
  • 大型計算機 NEC SX-ACE Lite等

研究協力

レーザーエネルギー学に関する共同利用・共同研究拠点であるレーザー科学研究所では,国内外の多くの機関と共同研究を実施しています.超高強度場科学に関しては,量子科学研究開発機構,九州大学,広島大学等と共同研究を実施しています.高速点火レーザー核融合に関しては,自然科学研究機構 核融合科学研究所,広島大学,東北大学,長岡技術科学大学等と双方向型共同研究を実施しています.海外との共同研究としては,米国のローレンスリバモア研究所,ロチェスター大学,ネバダ大学リノ校,カルフォルニア大学サンディエゴ校,テキサス大学オースティン校,英国のラザフォード研究所,仏国のエコールポリテクニーク,ボルドー大学, スペインのマドリッド工科大学,ドイツのドレスデン工科大学,ロシアの国家研究原子力大学・モスクワ工科物理研究所,中国科学院,中国国家天文台,韓国原研等との国際共同研究を実施しています. 学生にも海外の共同実験に参加してもらっています.

写真3 モスクワの国家研究原子力大学・モスクワ工科物理研究所で行った共同研究の打ち合わせの様子

写真4 フランス エコール・ポリテクニークで実施した共同実験.学生2名が参加しました.

研究内容

1. 高強度レーザー電磁場によるプラズマの超高温加熱の物理

ペタワットを越える超高強度レーザーとプラズマの相互作用によって発生する高エネルギー電子やイオンの特性を明らかにし,それらのプラズマ中での輸送・伝 搬・エネルギー散逸を理解,制御することで,核融合点火温度である5000万度までのプラズマ加熱を実証します.制御手法として,プラズマミラーの開発や キロテスラ磁場発生等々,新しいアイディアを積極果敢に導入します.

図1 高速点火レーザー核融合実験の一例.多種多様な計測で,プラズマ中で起こる様々な現象を観測

2. 極限プラズマ物理

相対論プラズマやWarm Dense Matter 領域の幅広い高エネルギー密度状態を多様なレーザー装置及びターゲットを工夫して創り出し,キロテスラ磁場やギガバール圧力下でのプラズマ物理を開拓します.極限プラズマ中での流体運動,光放射,核反応等を研究します.この研究は,恒星の内部や高エネルギー天体の周囲で起こっている物理現象を実験室で再現 し,その物理過程を理解することに繋がります.

図2 レーザー生成超強磁場を用いたプラズマ科学の広がり.
核融合プラズマから天体プラズマに広がる物理を調べることが可能

3. 相対論的プラズマ計測・診断技術

緻密な実験には精密な計測技術の開発が必須です.コンプトン散乱現象を利用した硬X線分光器,硬X線と物質の光核反応を利用したX線スペクトロメーター,1ピコ秒程度のX線パルスを利用した高密度プラズマのラジオグラフィー,相対論的電子からのコヒーレント放射光を利用した輸送伝搬計測法,レーザー加速プロトンを用いた電磁場計測などを開発しています.

図3 レーザー加速プロトンを用いた電磁場計測.

メンバー

藤岡 慎介 教授
有川 安信 講師
坂田 匠平 特任研究員
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