レーザーショックで探索する“Warm Dense”物質状態

摘要

物質にレーザーを十分な強度で集光照射すると，表面が加熱されプラズマが形成される。ひとたびプラズマが形成されると，入射する光の波長によって決まる臨界電子数密度（n_c；固体密度の1／100程度）の近傍でレーザー光の強い吸収が起き，プラズマ中の電子が急激に加熱される。この加熱によって電子は100万Kを超える超高温となり，レーザー光が直接到達できない臨界密度以上の高密度域へと，電子熱伝導によるエネルギー輸送が開始される。伝導電子により加熱されたイオンが十分に高温となり固体の表面に止まれなくなると，一般にアブレーションと呼ばれる現象が起こる。特に，レーザー照射が続く限り電子の加熱が維持されるので，物質からプラズマが噴出し続ける“アブレーション構造”が維持される。この際，高温になって蒸発した（プラズマ化した）物質が爆発的に吹き出し，その反作用として非線形な圧力の波面すなわち衝撃波（ショックウェーブ）が物質内部に形成される。物質中を伝播する衝撃波の背後にはイオンが玉突き衝突した“衝撃圧縮状態”が実現される。時間的にも空間的にもエネルギーを集中できる高エネルギー密度の“レーザーショック”の方法では，軽ガス銃をはじめとした従来法の限界を遥かに超える，テラパスカル（TPa＝10Mbar）の極超高圧衝撃波が容易に生成される。