2017 Fiscal Year Annual Research Report
Proof-of-principle of Magnetized Fast Ignition
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16H02245
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
藤岡 慎介 大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (40372635)
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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, 工学研究科, 准教授 (10397680)
山ノ井 航平 大阪大学, レーザー科学研究所, 助教 (30722813)
Morace Alessio 大阪大学, レーザー科学研究所, 特任助教(常勤) (70724326)
佐野 孝好 大阪大学, レーザー科学研究所, 助教 (80362606)
有川 安信 大阪大学, レーザー科学研究所, 講師 (90624255)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | レーザー / プラズマ / 強磁場 / レーザー核融合 / 磁化プラズマ / 高強度レーザー / 相対論的電子ビーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
レーザー核融合における高速点火方式は，米欧中等で進められている中心点火とは異なる経路で，核融合エネルギーの発生を実現することが可能である．高速点火方式の実現には，高強度レーザーによって加速された高速電子ビームを，高密度の核融合燃料に向けて効率的に誘導することが不可欠であることが近年明らかにされた．
本研究では，レーザー駆動方式によって生成した強磁場を，高速電子ビームの伝播経路に平行に印加し，核融合燃料に向けて，高速電子ビームを効率的に誘導し，加熱効率の向上を実証するのが目的である．平成30年度の研究では，磁場を印加することによって，磁場を印加しない場合と比べて，2倍高い効率でプラズマを加熱出来ることを実験的に実証した．最大で約8%の効率で，高強度レーザーから高密度プラズマにエネルギー付与出来ることを示した．理論・シミュレーションを用いて，本実験結果の解析を行い，加熱効率の向上に至る詳細な物理過程を明らかにしている．この成果は，当該分野で最大の国際会議であるIFSA2017や，米国物理学会のプラズマ分科会において，それぞれプレナリー講演，招待講演に選ばれるなど国際的に高く評価されている．
加えて，強磁場下における高エネルギー密度プラズマの流体運動について実験を行い，外部磁場下においてはプラズマ中でのエネルギー輸送が非等方になる結果，流体不安定性の成長が加速されることを実験的に示した．実験結果を説明するための理論モデルを構築し，定性的な理解に至っている．
高速点火方式では，中心点火方式とは異なり，中実球と呼ぶ燃料を用いることが可能である．核融合エネルギー実現の為の，核融合燃料の大量生産・供給において，中実球は複数の利点を有している．中実球を用いて高密度プラズマを生成するための実験を開始し，燃料を圧縮するためのレーザーのテーラリングとその計測を開始した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
外部磁場を印加することによって，過去最高の加熱効率である8%を達成しており，本課題が掲げるMagnetized Fast Ignitionの原理を実証を，当初の予定以上の早さで達成した．これは，実験・理論・ターゲット技術・レーザー技術を専門とする研究分担者，連携協力者が密に連携した結果であり，今後は当初目標を越える成果の達成に向けて更に研究を進める．
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| Strategy for Future Research Activity |
中規模高出力レーザー装置である激光XII号レーザー及びLFEXレーザーを用いて，Magnetized Fast Ignitionが従来の高速点火方式よりも優れていることを明らかにすることが出来た．今後は，Magnetized Fast Ignition方式で，核融合点火に至るシナリオを描くために必要な研究を行う．具体的には，レーザー駆動磁場を駆使し点火に必要な10^20 W/cm^2クラスの電子ビームの実現，中実球と呼ばれる新しい形態の核融合燃料の高密度圧縮の達成である．加えて，シナリオ構築に不可欠なコンピューター・シミュレーション・コードのベンチマークに不可欠な基礎的なパラメーターマッピングについても取り組んで行く．
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