高密度プラズマ中での核燃焼デトネーション波の伝播機構の解明とその応用

• 研究課題/領域番号: 25400534
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 城崎 知至 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10397680)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2013年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: レーザー核融合 / 核燃焼デトネーション / レーザー駆動デトネーション / 数値シミュレーション / 非局所エネルギー輸送 / 核燃焼 / デトネーション / 非局所輸送 / 高速点火

研究成果の概要

高密度プラズマ中を伝播するレーザー核融合(以下LF)の燃焼波に代表させるような、超高温デトネーション核燃焼波では、化学反応系のデトネーション波とは異なる、非局所熱輸送過程（電子熱伝導・輻射輸送・核反応生成粒子輸送）が重要となる。本研究では、いまだ実験室においては実現されていない核燃焼の代わりに、レーザーによりガス中に駆動されるレーザー駆動デトネーションに対する数値シミュレーションを行い、その伝播特性を明らかにするとともに、高速点火方式レーザー核融合における核燃焼点火・燃焼特性を明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] ネバダ大学レノ校(米国)
• [雑誌論文] Computational study of magnetic field compression by laser-driven implosion (2015)
  • 著者名/発表者名: Nagatomo, H; Johzaki, T; Asahina, T; Sunahara, A; Sano, T; Sakagami, H; Mima, K; Fujioka, S; Shiraga, H; Azechi, H
  • 雑誌名: NUCLEAR FUSION 巻: 55 号: 9 ページ: 093028-093028
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/9/093028
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Heating efficiency evaluation with mimicking plasma conditions of integrated fast-ignition experiment (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujioka, S., Johzaki, T., Arikawa, K. Mima 他
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 91 号: 6 ページ: 063102-063102
  • DOI: 10.1103/physreve.91.063102
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Control of Electron Beam Using Strong Magnetic Field for Efficient Core Heating in Fast ignition (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki, T. Taguchi, T. Sentoku, A. Sunahara, H. Nagatomo, H. Sakagami, K. Mima, S. Fujioka, H. Shiraga
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 号: 5 ページ: 053022-053022
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/5/053022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hot electron spectra in hole-cone shell targets and a new proposal of the target for fast ignition in laser fusion (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ozaki, A. Sunahara, H. Shiraga, Y. Arikawa, S. Fujioka, H. Sakagami, Z. Zhang, H. Nagatomo, T. Johzaki, T. Namimoto, M. Taga, S. Kojima, Y. Abe, K. Ishihara, T. Nagai, S. Sakata, S. Hattori, Y. Sakawa, H. Nishimura, H. Azechi and FIREX Group
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: 2014 ページ: 014025-014025
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2014/t161/014025
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact ignition as a track to laser fusion (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Murakami, H. Nagatomo, T. Johzaki, T. Sakaiya, A. Velikovich, M. Karasik, S. Gus'kov and N. Zmitrenkov
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 巻: 54 号: 5 ページ: 054007-054007
  • DOI: 10.1088/0029-5515/54/5/054007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theory of fast electron transport for fast ignition (2014)
  • 著者名/発表者名: A.P.L. Robinson, D.J. Strozzi,J.R. Davies, L. Gremillet, J.J. Honrubia, T. Johzaki, R.J. Kingham, M. Sherlock, A.A. Solodov
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 巻: 54 号: 5 ページ: 054003-054003
  • DOI: 10.1088/0029-5515/54/5/054003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laser-plasma interactions for fast ignition (2014)
  • 著者名/発表者名: A.J. Kemp, F. Fiuza, A. Debayle, T. Johzaki, W.B. Mori, P.K. Patel, Y. Sentoku and L.O. Silv
  • 雑誌名: Nucl. Fusion 巻: 54 号: 5 ページ: 054002-054002
  • DOI: 10.1088/0029-5515/54/5/054002
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高密度相対論プラズマの粒子シミュレーション技法 6.粒子シミュレーションにおける輻射輸送と核反応モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 城﨑 知至, 千徳 靖彦
  • 雑誌名: J. Plasma Fusion Res 巻: 90 ページ: 500-504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kinetic effects and nonlinear heating in intense x-ray-laser-produced carbon plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Sentoku, R. Roye, R.C. Mancini, T. Johzaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 巻: 90 号: 5 ページ: 051102-051102
  • DOI: 10.1103/physreve.90.051102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Present status of fast ignition realization experiment and inertial fusion energy development (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Azechi, K. Mima, S. Shiraga, S. Fujioka, H. Nagatomo,, H. Nishimura, T. Norimatsu, P. Norreys, T. Ozaki, J. Pasley, H. Sakagami, Y. Sakawa, N. Sarukura, K. Shigemori, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 53 号: 10 ページ: 104021-104021
  • DOI: 10.1088/0029-5515/53/10/104021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of laser profiles on fast electron generation under the same laser energy (2013)
  • 著者名/発表者名: M. HATA, H. SAKAGAMI, T. JOHZAKI, AND H. NAGATOMO
  • 雑誌名: Laser and Particle Beams 巻: 31 号: 3 ページ: 371-377
  • DOI: 10.1017/s0263034613000104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational study of strong magnetic field generation in a nonspherical, cone-guided implosion (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Nagatomo, T. Johzaki, A. Sunahara, H. Sakagami, K. Mima, H. Shiraga and H. Azechi
  • 雑誌名: NUCLEAR FUSION 巻: 53 号: 6 ページ: 63018-63018
  • DOI: 10.1088/0029-5515/53/6/063018
  • 査読あり
• [学会発表] Magnetic guiding of fast electron beam in imploded spherical solid targets (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki, Y. Sentoku, H. Nagatomo, A. Sunahara, H. Sakagami, S. Fujioka, H. Shiraga,T. Endo and FIREX project group
  • 学会等名: Japan-US Workshop on Theory and Simulation on the high energy density physics related to the inertial confinement fusion
  • 発表場所: Banshoukaku, Daianji-Onsen, Fukui, Japan
  • 年月日: 2016-03-24
  • 国際学会
• [学会発表] 高速電子ガイディングに要する外部磁場条件 (2016)
  • 著者名/発表者名: 城﨑知至、安心院大地, 遠藤琢磨, 長友英夫, 砂原淳, 千徳康彦
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学 泉キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 高速点火爆縮コア加熱効率向上に関するシミュレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 城﨑知至
  • 学会等名: 平成27年度レーザープラズマ加速と産業創成に関する研究会
  • 発表場所: 光産業創生大学院大学、浜松
  • 年月日: 2016-01-19
• [学会発表] 高速点火レーザー核融合におけるキロテスラクラス磁場印加効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 城﨑知至
  • 学会等名: レーザー学会第483回研究会「短波長量子ビーム発生と応用」
  • 発表場所: 広島大学 学士会館、東広島市
  • 年月日: 2015-12-03
• [学会発表] 高速点火レーザー核融合のコア加熱過程に対する外部磁場効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 城﨑知至, 長友英夫, 砂原淳, 千徳靖彦, 藤岡慎介, 遠藤琢磨
  • 学会等名: 第32回プラズマ・核融合学会 年会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス・豊田講堂
  • 年月日: 2015-11-26
• [学会発表] Magnetic Guiding of Electron Beam in Imploded Spherical Solid Targets (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki,Y. Sentoku, H. Nagatomo, A. Sunahara, H. Sakagami, S. Fujioka,H. Shiraga,T. Endo and FIREX project group
  • 学会等名: 57th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: Savannah, Georgia, USA
  • 年月日: 2015-11-20
  • 国際学会
• [学会発表] Electron Beam Guiding by External Magnetic Fields in Imploded Fuel Plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki, Y. Sentoku, H. Nagatomo, A. Sunahara, H. Sakagami, S. Fujioka, H. Shiraga,T. Endo and FIREX project group
  • 学会等名: Ninth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications, IFSA2015
  • 発表場所: Seattle, Washington, USA
  • 年月日: 2015-09-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 爆縮で形成される磁場配位における電子ビームガイディング特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 城﨑知至, 千徳靖彦, 長友英夫, 砂原淳, 坂上仁志, 藤岡慎介, 白神宏之, 遠藤琢磨, FIREX プロジェクトグループ
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学、大阪
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] Electron Beam Guiding by kT-class Magnetic Fields in Fast Ignition (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki
  • 学会等名: US-Japan Workshop on High Energy Density Physics
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2015-09-01
  • 国際学会
• [学会発表] レーザー加速イオンビームによるコア加熱効率の向上 (2015)
  • 著者名/発表者名: 城﨑知至，砂原淳，長友英夫，甲斐祐亮，遠藤琢磨，余語覚文，有川安信，Alessio Morace，小島完興，坂田匠平，長井隆浩，Zhe Zhang，安部勇輝，池之内孝仁，宇津木卓，李昇浩，井上裕晶，側貴行，田口雄基，尾崎哲，戸崎翔太，西村博明，山ノ井航平，乗松孝好，藤岡慎介，白神宏之，疇地宏，FIREXプロジェクトチーム
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス、東京都
  • 年月日: 2015-03-24
• [学会発表] kT-class Magnetic Fields in Laser Fusion Research (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: Toki Messe, Niigata, Japan
  • 年月日: 2014-11-19
• [学会発表] Electron beam generation and transport in kT-class longitudinal magnetic fields (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki
  • 学会等名: 2014 US-Japan JIFT Workshop on fast ignition and relevant high energy-density physics
  • 発表場所: University of Texas at Austin, Austin., TX, USA
  • 年月日: 2014-11-03
• [学会発表] Numerical Modeling of Radiative Kinetic Plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki, Y. Sentoku, R. Mancini, R.C. Rolye, I. Paraschiv, S. Sunahara
  • 学会等名: 2014 US-Japan JIFT Workshop on Progress in kinetic plasma simulations
  • 発表場所: New Orleans Marriott, New Orleans, LA, U.S.A
  • 年月日: 2014-10-31
• [学会発表] Fast Ignition by Photon-Pressure Accelerated Ion Beam (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki, Y. Sentoku, A. Sunahara, T. Morikawa, T. Endo
  • 学会等名: 56th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: New Orleans Marriott, New Orleans, LA, U.S.A
  • 年月日: 2014-10-29
• [学会発表] Electron beam generation and transport in kT-class longitudinal magnetic fields (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki, Y. Sentoku, H. Nagatomo, A. Sunahara, H. Sakagami, K. Mima, S. Fujioka, H. Shiraga and FIREX project group
  • 学会等名: 13th International Workshop on the Fast Ignition of Fusion Targets
  • 発表場所: Queen's College, Oxford, UK
  • 年月日: 2014-09-18
• [学会発表] 相対論レーザープラズマシミュレーションにおける輻射輸送効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 城﨑 知至, Y. Sentoku, R. Mancini, R. Rolye, I. Paraschiv
  • 学会等名: プラズマシミュレータシンポジウム2014
  • 発表場所: 核融合科学研究所、土岐市、岐阜県
  • 年月日: 2014-09-18
  • 招待講演
• [学会発表] Recent Topics on ICF Theory & Simulation (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki
  • 学会等名: Workshop on Status and Prospects of High Energy Density Science by Giant Laser
  • 発表場所: Gakushi Kaikan, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2014-06-03
• [学会発表] Electron Beam Guiding by Strong Longitudinal Magnetic Field
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki, K. Mima, S. Fujioka, H. Sakagami, A. Sunahara, H. Nagatomo, H. Shiraga and FIREX-project
  • 学会等名: 8th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications (IFSA2013)
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] 高速点火核融合における高速イオン加熱効果Ｉ
  • 著者名/発表者名: 城﨑 知至, 砂原 淳, 藤岡 慎介, 長友 英夫, 有川 安信, 白神 宏之, 坂上 仁志, 三間 圀興
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学 常三島キャンパス
• [学会発表] イオンビーム駆動高速点火レーザー核融合の特性評価
  • 著者名/発表者名: 森川 能臣, 城﨑 知至, 千徳 靖彦, 須佐 秋生, 遠藤 琢磨
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会 第30回年会
  • 発表場所: 東工大 大岡山キャンパス
• [学会発表] 爆縮コア加熱に対する高速イオンの寄与I
  • 著者名/発表者名: 城﨑 知至，千徳 靖彦，砂原 淳，有川 安信，藤岡 慎介，白神 宏之
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会 第30回年会
  • 発表場所: 東工大 大岡山キャンパス
• [学会発表] 超強磁場下での相対論レーザープラズマ相互作用 II
  • 著者名/発表者名: 城崎知至，千徳靖彦，坂上仁志，三間圀興，砂原淳，長友英夫
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス