2019 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, 助教 (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 | レーザー核融合 / 高速点火 / 強磁場 / プラズマ / 高強度レーザー / 自己生成磁場 / キャパシター・コイル・ターゲット / マルチピコ秒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高速点火レーザー核融合では，高強度レーザーで加速した電子ビームを用いて，核融合燃料を加熱する．この電子ビームが大きな発散角を持つことが，加熱の効率を低下させる要因である．本研究では，キロテスラ級の強磁場を核融合燃料に外部から印加することで，電子ビームを燃料に向けて磁力線に沿って誘導し，加熱効率を向上させることを目標とした．2018年度までに，レーザー駆動キャパシター・コイル・ターゲットを用いることで，700テスラ以上の磁場発生に成功し，この磁場を外部から印加することで，核融合燃料の加熱効率が倍増することを実験で実証した．加熱効率は最大で8%であり，ポストシミュレーションとの比較により，15%以上の加熱効率を達成可能であることを示した．
核融合点火に向けては，高強度レーザーのピーク強度を一定以下に抑えたまま，パルス幅を伸ばし，核融合燃料への投入エネルギーを増やす必要がある．パルス幅の伸長が，加熱用の電子ビームの発生に与える影響を実験的に明らかにし，プラズマ表面で成長する磁場によって，レーザーから電子へのエネルギー変換効率が上昇すると共に，電子の平均エネルギーが上昇することが観測された．2次元のParticle-in-Cellシミュレーションとの比較によって，マルチピコ用高強度レーザーとプラズマ相互作用のダイナミクスが解明できた．
核融合点火の実証には，電子ビーム強度を10^20 W/cm^2以上が必要である．外部磁場による電子ビームの誘導に加えて，自己生成磁場による電子ビームの誘導に関する実験を行い，抵抗率の空間勾配を用いて強磁場を発生し，電子ビームを70%以上の効率で誘導できることを実験的に実証した．電子ビームの集束を実現するために必要なターゲット加工技術を開発した．
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Enhancing laser beam performance by interfering intense laser beamlets2019
Author(s)
Morace A.、Iwata N.、Sentoku Y.、Mima K.、Arikawa Y.、Yogo A.、Andreev A.、Tosaki S.、Vaisseau X.、Abe Y.、Kojima S.、Sakata S.、Hata M.、Lee S.、Matsuo K.、Kamitsukasa N.、Norimatsu T.、Kawanaka J.、Tokita S.、Miyanaga N.、Shiraga H.、Sakawa Y.、Nakai M.、Nishimura H.、Azechi H.、Fujioka S.、Kodama R.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 10
Pages: 2995
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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