Establishment of efficient core heating by Resistive field guiding of fast electron beam in fast ignition laser fusion
| Project/Area Number |
20H01886
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
城崎 知至 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (10397680)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長友 英夫 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (10283813)
藤岡 慎介 大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (40372635)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2020: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
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| Keywords | レーザー核融合 / 高速点火方式 / 抵抗性磁場ガイド / 高速点火レーザー核融合 / 相対論電子ビーム / コア加熱 / 抵抗性磁場 / 高速点火 |
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| Outline of Research at the Start |
高密度圧縮した燃料コアプラズマを相対論的高エネルギー電子ビーム（REB）で点火温度まで加熱する高速点火方式レーザー核融合の最大の課題は、大きな発散角を持つREBにより如何に高効率に燃料コアを加熱できるかにある。応募者らは外部印加磁場によるREBガイド方法で≧5％の加熱効率を実現した。この実績と経験を踏まえ、本課題では、将来の核融合炉に直接つながり、且つ既存の外部磁場ガイド法を上回る高効率ガイド法として、抵抗性磁場ガイド法（抵抗率の異なる物質境界に生じる磁場でREBをコアまでガイドする）をシミュレーションと実験により、確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、大発散角を持つレーザー生成相対論電子ビームを加熱対象物まで誘導する方式として、抵抗率の異なる物質間を高速電子ビームが輸送された際に生じる自己生成磁場を用いた、抵抗性磁場ガイド法の、数値シミュレーションに特性評価と実験による実証に基づいた手法の確立を目的とする。2021年度の研究実績は下記のとおりである。
① 初年度実施した平板ターゲットによる要素実験対象シミュレーション(CHを母材としガイド材をNiとし、レーザー強度をパラメータとした計算）について、ガイド材をAlとした計算を追加し、レーザー強度に応じて適切なガイド材配置があること（1e18W/cm2程度以下ではCHの外にガイド材を配し、1e19W/cm2を超える高強度では中心伝播領域にガイド材を配した場合にガイド効果が生じる）、高強度条件ではAlよりも高ZなNiの方がガイド効果が高いことを明らかにした。また、外部印加磁場ガイド法との比較を行い、抵抗性磁場ガイド法が0.3kT程度の外部磁場ガイド法と同等の効果を有することを示した。これらの成果は学会で発表するとともに、学術雑誌に論文として発表した（T. Johzaki et al., Phys. Plasmas 29, 112707 (2022)）。
② プラズマミラーとレーザーガイディングコーンを導入した実験を行った結果、プラズマミラー導入によるプレパルス除去には成功したが、一方でレーザー強度低下を招くこととなり、1e19W/cm2を超える高強度条件での実験はできなかった。低強度で予測されたNiを電子ビーム伝播領域外に配した場合にガイド効果が見られた。また、コーンによるレーザー集光とみられる効果が観測された。実験結果については現在解析を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2021年度（繰越も含め）に予定していたPurdue大での共同研究が、新型コロナウィルス感染症の影響により、直接訪問しての行動研究が実施できなかった。zoom、teamsなどを用いたオンラインでの共同研究を進めることで、その補完を行ったが、直接現地で行うよりは効率が悪く、コード開発やそれを用いた解析の点で若干遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
爆縮計算担当の長友准教授(大阪大学)や、実験担当の藤岡教授(大阪大学)並びに指導学生と定期的にオンライン会議を実施し、実験解析を加速させる。また、新型コロナウィルス感染症対策が緩和されたことに伴い、海外研究者との実地での共同研究を推進する。これらの議論・共同研究を加速することで、早期に研究成果をまとめ、国際会議での発表、論文化を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(19 results)
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[Journal Article] Monte Carlo particle collision model for qualitative analysis of neutron energy spectra from anisotropic inertial confinement fusion2020
Author(s)
Y. Abe, T. Johzaki, A. Sunahara, Y. Arikawa, T. Ozaki, K. Ishii, R. Hanayama, S. Okihara, E. Miura, O. Komeda, S. Sakata, K. Matsuo, H. Morita, R. Takizawa, R. Mizutani, A. Iwamoto, H. Sakagami, Y. Sentoku, H. Shiraga, M. Nakai, S. Fujioka, Y. Mori, Y. Kitagawa
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Journal Title
High Energy Density Physics
Volume: 36
Pages: 100803-100803
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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