2019 Fiscal Year Annual Research Report
Optimization for Core Heating in Fast Ignition Laser Fusion
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16K05638
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
坂上 仁志 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (30254452)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
城崎 知至 広島大学, 工学研究科, 准教授 (10397680)
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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 / 統合シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高速点火レーザー核融合において，加熱レーザーのレーザー強度を大きくしないで全加熱エネルギーを増加させる方法として，集光径を大きくすることが考えられるが，高速電子のビーム径が燃料コアより大きくなり，加熱効率が低下する．このため，高速電子をコアまでガイドするだけではなく，コアの大きさまで集束する新たな手法が求められている．
そこで，コーンを二つ重ねて付けるダブルコーンターゲットによって高速電子を集束することを電磁粒子コードのシミュレーションにより試みた．ダブルコーンの場合，高速電子が前面コーン内に閉じ込められ，かつ，真空スリットに生成された強磁場により集束効果が得られることがわかった．その結果，中央部における高速電子のフルーエンスがシングルコーンに比べて約2倍になることがわかった．
また，別の手法として，外部印加された集束磁場を用いる方法についても，電磁粒子コードシミュレーションにより，その有効性を評価した．ミラー比20程度の集束磁場では，磁場のミラー効果により反射された高速電子は，マルチピコ秒の加熱レーザーによりターゲット表面で蹴り返されるため，再度燃料コアを加熱する現象が見いだされた．この効果により，高効率な燃料コアの加熱が可能であることがわかり，ハイブリッドシミュレーションにおいて加熱効率が低下する高ミラー比の場合においても，加熱効率が向上する可能性のあることが示唆された．
一方，金コーン付爆縮については，高密度圧縮を達成するためのレーザー照射強度の時間変化を最適化した．このとき，最終段階の比較的強度が高いレーザーにより生成された高温電子が高密度圧縮に影響を及ぼすため，高温電子の生成とその輸送を輻射流体シミュレーションコードに考慮するための新しいモデルの開発を進めた．
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[Journal Article] Petapascal Pressure Driven by Fast Isochoric Heating with a Multipicosecond Intense Laser Pulse2020
Author(s)
K. Matsuo, N. Higashi, N. Iwata, S. Sakata, S. Lee, T. Johzaki, H. Sawada, Y. Iwasa, K.F.F. Law, H. Morita, Y. Ochiai, S. Kojima, Y. Abe, M. Hata, T. Sano, H. Nagatomo, A. Sunahara, A. Morace, A. Yogo, M. Nakai, H. Sakagami, et al.
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 124
Pages: 035001
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Effect of Small Focus on Electron Heating and Proton Acceleration in Ultrarelativistic Laser-Solid Interactions2020
Author(s)
N. P. Dover, M. Nishiuchi, H. Sakaki, Ko. Kondo, M. A. Alkhimova, A. Ya. Faenov, M. Hata, N. Iwata, H. Kiriyama, J. K. Koga, T. Miyahara, T. A. Pikuz, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, Y. Sentoku, Y. Watanabe, M. Kando, and K. Kondo
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 124
Pages: 084802
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Spherical shell pellet injection system for repetitive laser engagement2019
Author(s)
Y. Mori, A. Iwamoto, K. Ishii, R. Hanayama, S. Okihara, Y. Kitagawa, Y. Nishimura, O. Komeda, T. Hioki, T. Motohiro, A. Sunahara, Y. Sentoku, H. Sakagami, and E. Miura
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 59
Pages: 096022
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Electromagnetic field growth triggering super-ponderomotive electron acceleration during multi-picosecond laser-plasma interaction2019
Author(s)
S. Kojima, M. Hata, N. Iwata, Y. Arikawa, A. Morace, S. Sakata, S. Lee, K. Matsuo, K.F.F. Law, H. Morita, Y. Ochiai, A. Yogo, H. Nagatomo, T. Ozaki, T. Johzaki, A. Sunahara, H. Sakagami, Z. Zhang, S. Tosaki, Y. Abe, J. Kawanaka, S. Tokita, M. Nakai, H. Nishimura, H. Shiraga, H. Azechi, Y. Sentoku, and S. Fujioka
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Journal Title
Communications Physics
Volume: 2
Pages: 99
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Intensification of Laser-produced Relativistic Electron Beam Using Converging Magnetic Fields for Ignition in Fast Ignition Laser Fusion2019
Author(s)
T. Johzaki, S. Takeda, M. Hino, W. Kim, T. Endo, S. Fujioka, Y. Sentoku, H. Nagatomo, and A. Sunahara
Organizer
11th Int. Conf. on Inertial Fusion Sciences and Applications, Osaka, Japan
Int'l Joint Research
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