超大出力パルスパワー装置を用いた特異点状態形成・測定による核融合材料の物性研究

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K06934
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 菊池 崇志 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (30375521)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 樫根 健史 鹿児島工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (60332110)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 核融合 / 慣性核融合 / Warm Dense Matter / パルスパワー / 高密度プラズマ / 高エネルギー密度科学

Outline of Annual Research Achievements

大強度パルスパワー発生装置を電源とし、通電加熱による高密度プラズマ・Warm Dense Matter状態を生成し、発光スペクトルの測定を行った。
パルスパワー技術によって生成した高密度状態を光学計測するため、分光器を接続したストリークカメラの動作を放電のタイミングと同期しなければならない。当初の計画では試料からの発光を光ファイバーケーブルで転送し同期する予定であったが、光ファイバーおよびその接続部での減衰が大きく、十分な光量が得られない可能性が高くなった。このため、試料からの発光を光ファイバーケーブルではなく、大気中に構築した光学系を通して実現した。ミラーやレンズおよび治具などの光学機器を購入し、新たに転送光学系を設計・構築した。このため、当初計画で予定していた光ファイバーケーブルが不要となった代わりに、新設した光学系の調整・校正および動作確認のため、半導体レーザーを購入した。
上記のような高周波・高電圧・大電流の高ノイズ環境下で同期の取れた計測は非常に困難である。このため、既製品の計測機器だけではなく、専用の分圧器や電流計を設計・製作し、測定を実現している。
試料の様々な温度状態を作り出すため、試料へ投入するエネルギーを調整する必要がある。すでに、電子ビームダイオードを用いた投入エネルギー制御法を提案しているが、本実験構成に組み込み、予備実験を行っている。
構築した実験系・計測系を用いて、試料の通電加熱を行い、高密度状態の発生・光学計測を実施した。得られたデータを解析し、試料が目標とする温度（4000K程度）・密度状態に達することを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の実施計画の通り、大強度パルスパワー発生装置ETIGO-IIを電源とし、本研究課題に合わせた計測系を構築し、測定実験を開始している。試料への投入エネルギー評価のため、予備的に確認・構成していた高電圧・大電流・極短時間計測系はすでに実際の実験系に組み込まれており、放電実験によるデータ取得ができる状態になっている。

Strategy for Future Research Activity

交付申請書に記載した当初の研究実施計画に従い、前年度に整備した構成で実験を進め、データを取得する。
調査対象となる試料については、当初予定していた発泡金属だけでなく、金属極細線あるいは別形状のサンプルによる実験も計画・試行する。
計測系については当初の計画通り動作しているが、さらに精度の良い計測が行えるように、改良を検討する。
投入エネルギー制御を行い、多数の実験から様々な条件での物性データを取得する。

Causes of Carryover

当初計画していた光学計測系を変更したことにより、必要な器具が変更になったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

実験系の改良および実験試料・消耗品の購入に充当する。

Research Products

• [Journal Article] Input energy measurement toward warm dense matter generation using intense pulsed power generator (2016)
  • Author(s): R. Hayashi, T. Ito, T. Ishitani, F. Tamura, T. Kudo, N. Takakura, K. Kashine, K. Takahashi, T. Sasaki, T. Kikuchi, Nob. Harada, W. Jiang and A. Tokuchi
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 717 Pages: 012063-1-4
  • DOI: 10.1088/1742-6596/717/1/012063
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Estimation on Achievable Parameter Regime of Warm Dense Matter Generated by Isochoric Heating Discharge using Intense Pulsed Power Generator (2016)
  • Author(s): Ryota Hayashi, Kenji Kashine, Akira Tokuchi, Fumihiro Tamura, Arata Watabe, Takahiro Kudo, Kazumasa Takahashi, Toru Sasaki, Takashi Kikuchi, Tsukasa Aso, Nob. Harada and Weihua Jiang
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 688 Pages: 012028-1-4
  • DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012028
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Numerical Simulation on Measurement of Optical and Thermal Properties for Warm Dense Matter Generated by Isochoric Heating with Pulsed Power Discharge Device (2016)
  • Author(s): Takashi KIKUCHI, Ryota HAYASHI, Takuya TAKAHASHI, Fumihiro TAMURA, Kazumasa TAKAHASHI, Toru SASAKI, Tsukasa ASO and Nob. HARADA
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 688 Pages: 012047-1-5
  • DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012047
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Concept for Generation of Warm Dense Matter of Insulator due to Flyer Impact Accelerated by Electron Beam Irradiation using Intense Pulsed Power Generator (2016)
  • Author(s): Fumihiro TAMURA, Ryota HAYASHI, Takahiro KUDO, Arata WATABE, Kenji KASHINE, Akira TOKUCHI, Takashi KIKUCHI, Kazumasa TAKAHASHI, Toru SASAKI, Tsukasa ASO, Nob. HARADA and Weihua JIANG
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 688 Pages: 012121-1-4
  • DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012121
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 慣性核融合燃料標的設計のための爆縮時間スケールでのWarm Dense Matter生成と比熱計測系の構築 (2017)
  • Author(s): 林 亮太，伊藤友章，石谷暢規，高橋一匡，佐々木徹，菊池崇志，原田信弘，江 偉華， 樫根健史，徳地 明
  • Organizer: 平成28年度核融合科学研究所研究会「パルスパワー技術とプラズマ応用研究の最新動向」
  • Place of Presentation: 核融合科学研究所
  • Year and Date: 2017-01-05 – 2017-01-06
• [Presentation] 慣性核融合の爆縮時間スケールでの Warm Dense Matter の分光計測による温度評価の検討 (2016)
  • Author(s): 林 亮太,伊藤 友章,石谷 暢規,高橋 一匡, 佐々木 徹,菊池 崇志,原田 信弘,樫根 健史, 徳地 明,江 偉華
  • Organizer: 電気学会A部門大会
  • Place of Presentation: 九州工業大学
  • Year and Date: 2016-09-05 – 2016-09-06
• [Presentation] Design of velocity measurement system to generate warm dense matter of insulator by flyer impact (2016)
  • Author(s): Fumihiro Tamura, Naoto Takakura, Yusuke Nakayama, Kenji Kashine, Akira Tokuchi, Takashi Kikuchi, Kazumasa Takahashi, Toru Sasaki, Nob. Harada, Weihua Jiang, Shinsuke Fujioka, Takayoshi Sano
  • Organizer: 21ST INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON HEAVY ION INERTIAL FUSION (HIF2016)
  • Place of Presentation: NAZARBAYEV UNIVERSITY
  • Year and Date: 2016-07-18 – 2016-07-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高密度Diamond-Like-Carbon生成のためのパルス大強度電子ビームで加速された飛翔体速度計測系の構築 (2016)
  • Author(s): 髙倉 直人, 田村 文裕, 中山 優佑, 末永 祐磨, 樫根 健史, 高橋 一匡, 佐々木 徹, 菊池 崇志, 原田 信弘，江 偉華, 徳地 明， 古賀 麻由子, 佐野 孝好, 藤岡 慎介
  • Organizer: 第11回 核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2016-07-14 – 2016-07-14
• [Presentation] 大強度パルスパワー発生装置を用いた爆縮時間スケールでの発泡金属試料のWarm Dense Matter生成及び比熱計測系の構築 (2016)
  • Author(s): 石谷 暢規, 林 亮太, 伊藤 友章, 末永 祐磨, 樫根 健史, 高橋 一匡, 佐々木 徹, 菊池 崇志, 原田 信弘,江 偉華, 徳地 明
  • Organizer: 第11回核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2016-07-14 – 2016-07-14