宇宙高エネルギー粒子生成過程解明に向けたレーザープラズマ実験のための数値的研究

激光等离子体实验数值研究，阐明空间高能粒子的产生过程

• 批准号: 14J03859
• 负责人: 石井 彩子
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J03859/
• 关键词: ガンマ線バースト; 相対論的輻射流体計算; レーザープラズマ実験; 無衝突衝撃波; モンテカルロ法; GRB; MHD; 超新星残骸

本年度は, ガンマ線バースト(GRB)放射の解析および無衝突衝撃波形成を再現するためのレーザープラズマ実験の解析に向け, 輻射流体計算コードを開発した.GRB放射を再現するためには, 流速のローレンツファクターが100を超えるような超相対論的流体場および非等方輻射場を適切に取り扱うことのできる手法を選択する必要があり, そのような計算は世界的にもまだほとんど行われていない. そこで, 申請者はモンテカルロ法を用いた輻射計算コードを開発し, あらゆる角度からの検証を行ってきた. 前年度に引き続き, 衝撃波形状が放射スペクトルに与える影響についてモデルを用いて検証し, さらに光子の初期放射位置を変化させたときの影響を調査し, ローレンツファクター100の速度で動く衝撃波について光子の平均自由行程との比が~1を超えるような衝撃波幅ではスペクトルの高エネルギー側のべきの指数が観測値と矛盾しないような値をとることを確認した. さらに, 輻射-流体カップリング計算コード開発に向けて, 相対論的ラグランジュ流体計算コードを開発した.一方で, これまでに申請者らによって開発されたレーザープラズマ実験用輻射流体計算コードを用いて, 超新星残骸周辺での無衝突衝撃波形成を再現するための実験の解析を行った. 無衝突衝撃波はアルフベンマッハ数が3を超えるような臨界状態では特徴的な構造を持つが, 実験において臨界状態における無衝突衝撃波を形成できたという例はまだ報告されていない. 申請者は数値解析により実験を成功に導くことを目的とし, 前々年度および前年度の実験解析を行い, 前々年度のトムソン散乱計測の結果において見られる電子数密度のダブルピーク構造を計算結果において再現し, さらに1枚のターゲットを用いた前々年度の実験と2枚のターゲットを用いた前年度の実験を数値計算上で再現し比較した.

今年，我们开发了辐射流体计算代码，用于分析伽马射线爆发（GRB）辐射和分析激光等离子体实验，以重现无碰撞冲击波的形成。为了重现GRB辐射，我们需要计算需要选择一种能够适当处理数值超过100的超相对论流体场和各向异性辐射场的方法，而世界上许多地方尚未进行此类计算。因此，申请人利用蒙特卡罗方法开发了辐射计算代码，并从各个角度进行了验证。 延续前一年，我们使用模型验证了冲击波形状对辐射谱的影响，并进一步研究了其影响我们研究了改变初始辐射位置的影响。对于以洛伦兹因子 100 的速度运动的冲击波，我们证实，在冲击波宽度与光子平均自由程的比率超过 ~1 时，光谱高能侧的功率指数为另外，为了开发辐射-流体耦合计算代码，我们开发了相对论拉格朗日流体计算代码。使用申请人开发的用于激光等离子体实验的辐射流体计算代码，我们分析了重现超新星遗迹周围无碰撞冲击波形成的实验。无碰撞冲击波具有阿尔文马赫数，尽管它具有 的特征结构。大于3的临界状态，目前还没有在临界状态下形成非碰撞冲击波的实验报道。为了通过数值分析引导实验成功，申请人对前年和前年的实验进行了分析，再现了当年汤姆逊散射测量结果中看到的电子数密度双峰结构。此外，我们还对前年使用一个目标的实验和前一年使用两个目标的实验进行了数值再现和比较。

项目成果

大西研究室 研究活動

大西研究所研究活动

超相対論的流体-輻射輸送連成計算に向けた検証

超相对论流体-辐射输运耦合计算的验证

• 发表时间: 2015
• 作者: 石井彩子;大西直文;長倉洋樹;伊藤裕貴;山田章一;Ayako Ishii;Ayako Ishii;石井彩子;石井彩子;Ayako Ishii;Ayako Ishii;石井彩子;石井彩子;石井彩子
• 通讯作者: 石井彩子

超相対論的流体中の衝撃波における輻射輸送計算手法の検証

超相对论流体中冲击波辐射输运计算方法验证

• 发表时间: 2015
• 作者: 石井彩子;大西直文;長倉洋樹;伊藤裕貴;山田章一;Ayako Ishii;Ayako Ishii;石井彩子;石井彩子;Ayako Ishii;Ayako Ishii;石井彩子;石井彩子;石井彩子;Ayako Ishii;Ayako Ishii;石井彩子
• 通讯作者: 石井彩子

Radiative Transfer Analysis for Coupled Computation with Relativistic Hydrodynamics

相对论流体动力学耦合计算的辐射传输分析

• 发表时间: 2014
• 作者: 石井彩子;大西直文;長倉洋樹;伊藤裕貴;山田章一;Ayako Ishii;Ayako Ishii;石井彩子;石井彩子;Ayako Ishii;Ayako Ishii;石井彩子;石井彩子;石井彩子;Ayako Ishii;Ayako Ishii;石井彩子;石井彩子;石井彩子;Ayako Ishii;石井彩子;石井彩子
• 通讯作者: 石井彩子

Radiative Transfer Analysis for Coupled Computation with Relativistic Hydrodynamics Relevant to GRB

伽马暴相关相对论流体力学耦合计算的辐射传输分析

• 发表时间: 2014
• 作者: 石井彩子;大西直文;長倉洋樹;伊藤裕貴;山田章一;Ayako Ishii;Ayako Ishii;石井彩子;石井彩子;Ayako Ishii;Ayako Ishii;石井彩子;石井彩子;石井彩子;Ayako Ishii;Ayako Ishii;石井彩子;石井彩子;石井彩子;Ayako Ishii
• 通讯作者: Ayako Ishii