研究内容

非平衡輻射プラズマ物理 (担当 千徳)

プラズマ・レーザー核融合の理論・シミュレーション研究

高出力レーザーにより、燃料物質を圧縮し超高密度プラズマを形成し加熱することで、核融合燃焼に至る過程を、プラズマ粒子シミュレーションを用いて解明します。レーザー光のプラズマ中の伝播過程から、光によるプラズマ粒子加速、さらには高密度プラズマ中での粒子エネルギーの輸送までを包括的に捉えることは、レーザー核融合はもちろん、極限プラズマの集団運動により現れる多様な構造を理解することにつながります。大型レーザーによる実験とも協働することで、理論モデルの高精度化を進めています。

超高強度レーザーと物質の相互作用とX線輻射物理

レーザー研には世界最大規模のレーザーシステムがあります。実験室で超高強度レーザーを物質照射すると、ピコ秒(1兆分の1秒)とい短い時間スケールで、10keV(1億度)の超高温状態になり、高エネルギー粒子と大量のX線を発生して、一瞬で飛散します。その時起こっている現象を理解するために、粒子シミュレーションによって実験をコンピュータ上で模擬して、レーザー吸収過程、粒子発生、X線輻射などを含めた高温プラズマのダイナミックスを研究します。

レーザーがアルミターゲットに照射されて反射される様子(等高線)、また反射時にレーザーにより加速された高エネルギー電子がターゲットの内部に光の速さで侵入する様子(カラー塗り等高線)。

X線レーザー(XFEL)と物質の相互作用

一般にレーザーというと可視光域の光だが、近年、XFEL(X線自由電子レーザー)という新たな光源が開発されました。光子のエネルギーはレーザーの1万倍から10万倍高エネルギーのX線です。このX線レーザーを物質に照射すると、光子による光電離過程がトリガーとなって、様々な原子過程が引き起こされ、物質はプラズマ化していきます。私たちは高強度X線レーザーによる物質加熱の物理過程の数値モデルを構築して、X線の吸収過程を理解しようとしています。