輻射・対生成を導入したプラズマ運動論的シミュレーション研究

引入辐射和电子对产生的等离子体动力学模拟研究

基本信息

批准号：
26800281
负责人：
森高外征雄
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、微視的なプラズマ現象を扱うシミュレーション手法であるParticle-in-cell (PIC) 法を拡張し、レーザー生成プラズマや高エネルギー天体現象で卓越してくるガンマ線輻射や電子・陽電子対生成の効果を取り入れた、新しいシミュレーション手法開発を目標としている。これまで、高速電子と原子核との衝突における輻射・対生成を取り入れたシミュレーション手法を開発・実行してきたが、本年度は新たに外部高強度場が直接寄与する過程（物質との相互作用を経由しない、真空中での輻射・対生成）に着目した。高強度場中の無数の光子が寄与するこれらの過程は、理論的には量子電磁気学の非摂動的な扱いが必要であり、実験的には最新の超高強度レーザーによって初めて検証可能になる。まず、プラズマとしての振る舞い(荷電粒子の多体効果)の影響が小さい比較的なシンプルな系として、電子ビームと超高強度パルスレーザーとの正面衝突を対象としたシミュレーションを行った。シミュレーションでは、輻射による電子エネルギーの減衰やガンマ線のエネルギースペクトル、対生成によるガンマ線の吸収を、主にモンテカルロ法によって計算している。減衰・吸収率やスペクトルの計算には、非摂動量子電磁気学の半古典近似解から得られた散乱断面積を用いている。本シミュレーションの結果は、現在EUで建設中の超高強度レーザー施設 Extreme Light Inftastructure - Nuclear Phycisc (ELI-NP)における基礎実験（古典輻射(シンクロトロン輻射)に対する量子補正効果の検証）の提案に用いられた。また、今回用いたシミュレーション手法を使って、これまでに開発した計算コードの素過程の部分(原子核との相互作用)を更新していくことで、超高強度場におけるプラズマ過程の計算に拡張することができると期待される。

这项研究旨在开发一种新的仿真方法，该方法扩展了粒子中的（PIC）方法，该方法是一种涉及微观等离子体现象的模拟方法，并结合了伽马射线和电子 - 质子对生成的效果，在激光生成的等离子体和高含量的天文学现象中非常出色。到目前为止，我们已经开发了并实施了模拟方法，这些方法将辐射和成对的产生纳入了高速电子和核之间的碰撞中，但是今年我们专注于直接贡献外部高强度场（不是通过与物质相互作用）的外部高强度场（辐射和对生成的过程）。这些过程在高强度场中导致无数光子，需要理论上不受干扰的量子电磁治疗，并且只能使用现代的超高强度激光器进行实验验证。首先，我们进行了模拟电子束和超高强度脉冲激光器之间的正面碰撞，作为一个相对简单的系统，对等离子体的行为（带电颗粒的人体效应）几乎没有影响。在模拟中，主要使用Monte Carlo方法计算了由于辐射引起的电子能量的衰减，伽马射线的能谱以及对配对产生引起的伽马射线的吸收主要是计算出来的。从非扰动的量子电磁作用的半古典近似溶液获得的散射横截面用于计算衰减，吸收率和光谱。该模拟的结果用于提出基本实验（验证量子校正对经典辐射的影响（量子辐射（同步子辐射）在极端光相结构 - 核PHYCISC（ELI-NP）上）的超高强度激光设施，这是当前正在欧盟中正在开发的元素（通过对元素进行构图）的构造的一部分，以实现元素的一部分，以实现元素的一部分，以实现元素的范围，以实现元素的一部分，以实现元素的范围。这次，可以预期可以扩展到超高强度场中血浆过程的计算。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

高強度レーザー-電子ビーム間相互作用におけるガンマ線輻射とその非線形量子効果に関する数値的評価

高强度激光-电子束相互作用中伽马射线辐射及其非线性量子效应的数值评估

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ikuko Wada; Jiangheng He;Akira Hasegawa;and Junichi Nakajima;森高外征雄，本間謙輔，Antony Ilderton，中宮義英，瀬戸慧大，Ovidiu Tesileanu
通讯作者：
森高外征雄，本間謙輔，Antony Ilderton，中宮義英，瀬戸慧大，Ovidiu Tesileanu

Induced vacuum breakdown and pair plasma production for fundamental and high-energy astrophysics science

用于基础和高能天体物理科学的诱导真空击穿和对等离子体产生