Development of High-quality Diamond Capsule and Application to Direct-drive Inertial Confinement Fusion
| Project/Area Number |
22KJ2224
|
|---|
| Project/Area Number (Other) |
22J22774 (2022)
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
|
| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
|---|
| Section | 国内 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
川崎 昂輝 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
|
|---|
| Keywords | ナノ多結晶ダイヤモンド / レーザー核融合 / レーザープラズマ相互作用 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
ダイヤモンドはレーザー核融合のカプセル材として有望視されている．レーザー核融合発電への応用を見据え，大量生産への適用が容易な熱フィラメント気相成長法による高品質なダイヤモンド燃料カプセル製作法を確立する．また，近年注目されている衝撃波点火レーザー核融合に関する研究を進める．衝撃波点火法ではレーザープラズマ相互作用により発生する高速電子の制御が重要な課題である．高速電子発生はプラズマ中の水素に依存するため，カプセル材（アブレータ）の水素成分により高速電子の制御を目指す．その際，多結晶ダイヤモンドは粒界に水素を含有できるため，ダイヤモンドカプセルにおいての水素成分の最適化も実施する．
|
| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンドカプセルの開発研究に関して，製作工程の改良，定量評価手法の開発・確立，そしてカプセルの爆縮実験を実施した．製作工程の改良としては，ダイヤモンド成膜の基板として用いるSi球がエッチング工程において溶け残る問題に取り組んだ．具体的には超音波振動や加熱・冷却等の加圧・減圧プロセスの導入によりエッチング性能が向上した．爆縮実験においては，定量評価したダイヤモンドカプセルに大阪大学レーザー科学研究所の所有する激光XII号レーザーを球状に照射し，アブレーション面のX線発光から爆縮軌跡を評価した．実験結果は，輻射流体シミュレーションとエラーバーの範囲内で一致し，製作したカプセルの品質，定量評価の精度が高いことが示された．またプラズマ物理に関する実験的研究として，ダイヤモンド多結晶の粒界に含有される水素成分がレーザープラズマ相互作用に及ぼす影響に着眼した実験を実施した．レーザープラズマ相互作用には，様々なエネルギーの吸収機構が存在する．その中でも，誘導ラマン散乱（SRS）及び二電子崩壊不安定性（TPD）は電子プラズマ波を生成することにより，高いエネルギーを有する高速電子を顕著に発生させるため，それらを制御することは非常に重要な課題である．基礎的なデータを得るために，水素含有率が高いポリエチレン（66 at%）と水素を含まない（無視できる）単結晶ダイヤモンドにレーザーを照射して，誘導ラマン散乱（SRS）及び二電子崩壊不安定性（TPD）の情報を散乱光計測により取得した．水素を含むポリエチレンにおいて，優位にSRS・TPDが顕著になることが明らかになった．詳細なメカニズムに関しては現在輻射流体シミュレーションを用いた解析を進めている．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ダイヤモンドカプセルの高品質化に関する研究に関しては，定量評価手法の開発・確立を完了したため，翌年度以降にカプセル高品質化のために，定量評価によるフィードバックをかけながら，合成パラメータの最適化を実施できる環境が整った．またSiエッチング問題に関しては既に加圧・減圧プロセスの有効性を確かめてることができた．レーザープラズマ相互作用に関する研究に関しては，水素の有無による優位な差を示す実験データを得ており，実験データの傾向を説明する訂正的な解釈はすでに得られている．翌年度以降はより定量的な議論を展開できる状況である．
|
| Strategy for Future Research Activity |
カプセル高品質化に関する研究に関しては，ダイヤモンド膜質と合成パラメータの依存性を実験的に得ることを計画している．合成パラメータのうち，ガス圧力，メタン濃度に関しては比較的容易にパラメータを走査でき，実際にすでに表面平滑性に対する依存性は得られている．今後は基板温度を独立に変更することを目指す．非ダイヤモンド成分の取込み量は基板温度に依存する．またレーザープラズマ相互作用に関する研究は，輻射流体シミュレーションを実施することで，実験のプラズマパラメータを再現し，それらを用いた議論を定量的に展開する予定である．
|
Report
(1 results)
Research Products
(11 results)
-
-
[Journal Article] Multibeam laser-plasma interaction at the Gekko XII laser facility in conditions relevant for direct-drive inertial confinement fusion2023
Author(s)
Cristoforetti G., Koester P., Atzeni S., Batani D., Fujioka S., Hironaka Y.、Huller S.、Idesaka T.、Katagiri K., Kawasaki K., Kodama R., Mancelli D., Nicolai Ph., Ozaki N.、Schiavi A.、Shigemori K.、Takizawa R., Tamagawa T., Tanaka D., Tentori A., Umeda Y., Yogo A., Gizzi L. A.
-
Journal Title
High Power Laser Science and Engineering
Volume: 11
Pages: 1-11
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
[Journal Article] Development of an experimental platform for the investigation of laser plasma interaction in conditions relevant to shock ignition regime2022
Author(s)
T. Tamagawa, Y. Hironaka, K. Kawasaki, D. Tanaka, T. Idesaka, N. Ozaki, R. Kodama, R. Takizawa, S. Fujioka, A. Yogo, D. Batani, Ph. Nicolai, G. Cristoforetti, P. Koester, L. A. Gizzi, and K. Shigemori
-
Journal Title
Review of Scientific Instruments
Volume: 93
Issue: 6
Pages: 063505-063505
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
[Presentation] Ultrahigh Pressure Creation by Hot Electron-Assisted Laser Ablation2022
Author(s)
K. Kawasaki, Y. Hironaka, D. Tanaka, T. Idesaka, K. Yamanoi, R. Takizawa, S. Fujioka, A. Yogo, H. Nagatomo, Y. Sentoku, Y. Arikawa, N. Ozaki, R. Kodama, K. Katagiri, K. Mima, Y. Mori, T. Jozaki, H. Yamada, D. Batani, G. Cristoforetti, and K. Shigemori
Organizer
Optics and Photonics International Congress (OPIC) 2022
Related Report
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Fabrication of Diamond Capsule and Implosion Experiments2022
Author(s)
K.Kawasaki, H.Yamada, Y.Mokuno, A.Chayahara, T.Shimaoka, Y.Sato, M.Tsukamoto, T.Somekawa, H. Nagatomo, K. Mima, Y.Hironaka, K.Yamanoi, D.Tanaka, T.Idesaka, and K.Shigemori
Organizer
15th International Conference on NDNC2022
Related Report
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Dependence of Hot Electron Generation on Hydrogen Concentration of Target Materials for Shock Ignition Scheme of Direct-Drive Inertial Confinement Fusion2022
Author(s)
K. Kawasaki, S. Matsuo, T. Idesaka, Y. Hironaka, D. Tanaka, H. Nagatomo, M. Hata, R. Takizawa, S. Fujioka, A. Yogo, Y. Sentoku, Y. Arikawa, N. Ozaki, R. Kodama, K. Katagiri, K. Mima, T. Mori, T. Jozaki, H. Yamada, D. Batani, G. Cristoforetti, and K. Shigemori
Organizer
64th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
Related Report
Int'l Joint Research
-
-
-
