プラズマ不安定性の詳細な観測に成功 (Physicists Capture Elusive Plasma Instability in Unprecedented Detail)

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2025-03-07 インペリアル・カレッジ・ロンドン (ICL)

インペリアル・カレッジ・ロンドンの研究者は、プラズマ不安定性の一種「ワイベル様電流不安定性」を初めて詳細に観測することに成功した。高強度の赤外線レーザーを静止プラズマに照射し、高エネルギー電子ビームを生成。このビームがプラズマ内でフィラメントを形成し、自己磁場を発生させる様子を可視化した。実験にはブルックヘブン国立研究所の加速器試験施設が用いられ、高精度な密度変動の観測が可能となった。この成果は、プラズマ技術の安定性向上に貢献する可能性がある。

<関連情報>

超臨界密度プラズマにおけるレーザー駆動高速電子ワイベル状フィラメント形成の光学イメージング Optical Imaging of Laser-Driven Fast Electron Weibel-like Filamentation in Overcritical Density Plasma

N. P. Dover, O. Tresca, N. Cook, O. C. Ettlinger, R. J. Kingham, C. Maharjan, M. N. Polyanskiy, P. Shkolnikov, I. Pogorelsky et al.
Physical Review Letters  Published: 17 January, 2025
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.025102

プラズマ不安定性の詳細な観測に成功 (Physicists Capture Elusive Plasma Instability in Unprecedented Detail)

Abstract

We report on the measurement of filamented transport of laser-generated fast electron beams in near-critical density plasma. A relativistic intensity long-wave-infrared laser irradiated a hydrodynamically shaped helium gas flow at an electron density ≃1025  m−3, generating a large flux of fast electrons that propagated beyond the critical surface. The beam-to-background electron density ratio was sufficiently high to drive growth of Weibel-like filamentation, which was measured by optical probing to extend up to 800  μ⁢m with radii ∼10  μ⁢m. Particle-in-cell simulations reproduce the main features of the filamentation generation, suggesting that collisionless processes are dominant in these interactions. Expansion of the filaments after formation infers a fast electron heated plasma temperature ∼400  eV in the overcritical density plasma.

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