Generation of brightness collimated electron beam for fast-ignition laser fusion
| Project/Area Number |
23K22476
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| Project/Area Number (Other) |
22H01205 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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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 | Osaka University |
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Principal Investigator |
羽原 英明 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (60397734)
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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)
城崎 知至 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (10397680)
坂上 仁志 核融合科学研究所, 研究部, 教授 (30254452)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,610,000 (Direct Cost: ¥9,700,000、Indirect Cost: ¥2,910,000)
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| Keywords | 集束電子ビーム / レーザー核融合 / 超高強度場 / 抵抗率勾配 / 超高磁場 / 低効率勾配 / 自己生成磁場 |
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| Outline of Research at the Start |
高密度プラズマ中に形成する低密度プラズマチャンネルの先端付近のプラズマ密度の制御を行うことで、広がりの少ない集束されたメガ電子ボルト以上のエネルギーを持つ高エネルギー高輝度電子ビームを生成する。プラズマチャンネル周縁の磁場構造と生成する電子ビームの発散角との依存性を調べ、その生成メカニズムを明らかにし、最大輝度を得る条件を探索する。大型レーザー装置を用いた実験的手法と、実スケール計算を可能にする動的負荷分散をもつシミュレーションコードを開発し、実験およびシミュレーションによってその生成メカニズムを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本事業においては集束電子ビームを形成させるため、高強度レーザーと相互作用するプラズマの特異な形状、特に低密度プラズマチャンネルの計測が鍵となっている。その目的のために検討したピコ秒の時間分解能を持たせるためのプローブ計測手法の基礎実験を行う既存レーザー装置の欠損した結晶を取り替え、レーザー装置の調整を慎重に行って交換箇所では所定のエネルギーが得られていることを確認した。しかし後段の励起レーザーのパワーが所定の値よりも低くなっていることが判明し、最終段で必要なレーザーエネルギーが得られないことがわかり、来年度以降調整を行うこととした。
それとは別に昨年度検討していた高密度プラズマ中の抵抗率勾配によって形成する自己生成磁場を用いて電子ビームを集束する手法の基礎実験として、平板ターゲットを用いて高密度プラズマ中での電子ビーム集束実証実験を行った。実験は大阪大学レーザー科学研究所で行い、プラスチックの平板ターゲット表面近傍に直径25ミクロンメートル、長さ40ミクロンメートルのニッケルワイヤを埋め込み、ターゲット表面に激光12号の３ビームを照射して爆縮プラズマと同等のスケール長を持つ長尺プラズマを生成した。そのプラズマに高強度レーザーを照射し、高速電子流の集束をニッケルイオンとターゲット裏面に設置した銅イオンからの特性X線の発光比から調べた。その結果、ニッケルが十分プラズマ化して表面方向に膨張したタイミングで中央に局在するニッケル領域を通過する電子量が増大することがわかり、高密度プラズマ中でも抵抗率勾配にて電子ビームの集束を実証することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
プローブ計測手法の実証は遅れているが、新しい提案である抵抗率勾配による自己生成磁場で集束電子ビームを生成する手法において、平板ターゲットを用いた高密度プラズマ中での抵抗率勾配の形成と集束電子ビーム生成を実証することに成功し、国際会議にて成果発表を行い、現在論文としてまとめて投稿中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
抵抗率勾配による自己生成磁場で集束電子ビームを生成する手法をより推進し、球状ターゲットを用いた爆縮プラズマ中で同様の抵抗率勾配の形成と集束電子ビーム生成を実証することを目指していく。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
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[Journal Article] Robustness of large‐area suspended graphene under interaction with intense laser2022
Author(s)
Y. Kuramitsu, T. Minami, T. Hihara, K. Sakai, T. Nishimoto, S. Isayama, Y.T. Liao, K.T. Wu, W.Y. Woon, S.H. Chen, Y.L. Liu, S.M. He, C Y. Su, M. Ota, S. Egashira, A. Morace, Y. Sakawa, H. Habara, R. Kodama, L.N.K. Dohl, N. Woolsey, M. Koenig, M. Kanasaki, T. Asai, T. Yamauchi, K. Oda, Ko. Kondo, H. Kiriyama, Y. Fukuda
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 12
Issue: 1
Pages: 2346-2346
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] In-Target Proton-;Boron Nuclear Fusion Using a PW-Class Laser2022
Author(s)
Daniele Margarone, Julien Bonvalet, Lorenzo Giuffrida, Alessio Morace, Vasiliki Kantarelou, Marco Tosca, Didier Raffestin, Philippe Nicolai, Antonino Picciotto, Yuki Abe, Yasunobu Arikawa, Shinsuke Fujioka, Fukuda Yuji, Yasuhiro Kuramitsu, Hideaki Habara, Dimitri Batani
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Journal Title
Applied Sciences
Volume: 12
Issue: 3
Pages: 1444-1444
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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