高感度マルチパスレーザートムソン散乱法の開発と高速衝撃波に伴う先行輻射現象の解明

开发高灵敏度多通道激光汤姆逊散射方法并阐明与高速冲击波相关的预期辐射现象

• 批准号: 22K04534
• 负责人: 葛山 浩
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Tottori University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04534/
• 关键词: 大気圏突入; レーザー爆轟波; レーザートムソン散乱; 輻射加熱; レーザープラズマ

近年の挑戦的な遠方外惑星探査計画において、地球再突入カプセルによるサンプル・リターンが担う役割は大きいが、その突入速度は前例のない15 km/s以上に達する。このような超高速突入では、先行輻射が、衝撃波の前方に予加熱された先行電子を生成し、カプセルの加熱を20 %程度も増加させる可能性（数値予測）がある。この予測を検証するためには、高速衝撃波管実験で先行電子を実測する必要があるが、その密度域に適合する高精度計測法が確立されていない。そこで本研究では、迷光除去機能を有する高感度レーザートムソン散乱（LTS）法を用いて、超高速衝撃波に伴う先行電子の温度・密度を計測し、先行輻射の物理モデルを確立することを目指している。また、超高速衝撃波を地上で再現する装置として、二段隔膜自由ピストン衝撃波管などがあるが、大型装置のため、利用機会が限られる。そこで、超高速衝撃波を簡易に再現できる方法として、パルスレーザーで駆動した爆轟波を提案し、その有用性を実証することも目的の一つである。本年度は、CO2パルスレーザーを用いて、大気圧下でレーザー爆轟波を駆動し、その進展の様子をシャドウグラフ法で可視化して、爆轟波面近傍の発光分光計測とレーザートムソン散乱計測を実施した。分光結果から電子の自由―束縛、自由－自由遷移に起因する強い連続スペクトルが幅広い波長範囲に渡って発生しており、爆轟波面近傍は数万度の高い温度となっていることがわかった。一方で、トムソン散乱光は検出することができず、この電子からの強い連続スペクトルにトムソン散乱光が埋もれている可能性があることがわかった。

近年来，地球胶囊的样本回报在具有挑战性的遥远系外行星勘探项目中起着重要作用，但入侵速度的速度达到了15 km/s的前所未有的速度。在这样的高速入口中，领先的辐射可能会在冲击波前产生预热的前导电子，从而使胶囊的加热增加约20％（数值预测）。为了验证这一预测，有必要在高速冲击管实验中实际测量预先电子，但是尚未确定适合密度范围的高精度测量方法。因此，在这项研究中，我们旨在通过测量使用高度敏感的激光Thomson散射（LTS）方法来测量与超高冲击波相关的领先电子的温度和密度来建立领先辐射的物理模型，该方法具有去除杂散光的功能。此外，在地面上再现超高速度冲击波的设备包括两阶段的无透明隔膜的活塞冲击管，但是由于它们是大型设备，因此使用的机会有限。因此，这项研究的目的之一是提出由脉冲激光驱动的爆炸波作为一种可以轻松再现超高速度冲击波并证明其有用性的方法。今年，使用二氧化碳脉冲激光器在大气压下驱动激光爆炸波，使用阴影图方法可视化激光的进展，并在爆炸波前和激光汤姆森散射测量附近进行发射光谱。光谱结果表明，由于电子自由结合，无自由的过渡引起的强连续光谱发生在较大的波长范围内，爆炸波前的温度达到了数万度。另一方面，发现无法检测到汤姆森散射的光，汤姆森散射的光可能埋在该电子的强连续光谱中。

项目成果

固体レーザーで駆動されるレーザー爆轟波特性の数値解析調査

固体激光器驱动激光爆轰波特性的数值分析研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 鈴木賢斗;葛山浩
• 通讯作者: 葛山浩