高速点火基礎実験(FIREX)用極低密度プラスチックフォームの材料決定と球殻化

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19360414
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 長井 圭治 Osaka University, レーザーエネルギー学研究センター, 助教 (30280803)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 根本 修克 日本大学, 工学部, 准教授 (30237812) ; 岩本 晃史 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教 (00260050) ; 中井 光男 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 准教授 (70201663) ; 乗松 孝好 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 教授 (50135753)
• Keywords: レーザー核融合 / FIREX計画 / エアロゲル / 有機材料 / 極低密度

Research Abstract

レーザー核融合用低密度材料は、単に低密度なだけでなく、10ミクロン程度の薄膜化とそれに比べて数桁低い空隙構造が求められてきた。また、光学的計測のために、可視域で透明であることも求められ、そのために空隙構造が数百ミクロン以下であることも必要である。FIREX-I計画のために、厚み20ミクロン、直径500ミクロン、空隙構造200nm、密度100mg/ccの材料が新規に開発されたが、FIREX-IIでは10mg/ccの密度とさらなる空隙構造の微細化が求められている。
本年度は、空隙構造のサイズを支配する因子を、プラスチックの分子と合成時に用いる溶媒分子の相互作用の観点から議論し、空隙構造の支配因子に関して一つの見通しを立てることができた。ポリスチレン骨格にオキシラン架橋基を有する高分子を新規に設計、合成し、オキシラン架橋基の割合を変えて、その場合に空隙のナノ構造がどのように影響されるか調べた。オキシラン架橋基が少ない場合に空隙の大きさが大きくなることがわかった。これは、架橋反応の後にも溶媒との親和性の高い場合には運動性を保持し、空隙サイズの増加に寄与してしまうことを示唆した。次に、FIREX-I用の材料に添加剤として使用しているフロログルシノールカルボン酸・ホルムアルデヒド重合体に着目し、そのゲルを様々な溶媒に交換し、溶媒の種類と空隙サイズの関係を調べた。そこでは、溶媒の極性と高分子単位骨格分子の極性の類似した場合に、空隙サイズが大きくなることが明らかとなった。この傾向の普遍性を調べる目的でカラギーナンゲルに関しても同様の実験を行い。そこでも同様の傾向が観察された。これらの知見に基づいて、低密度材料化の合成過程を再設計し、空隙構造を10nmレベルまで小さくすることに成功した。一方で、低密度化に関しても、新規材料の探索を続けている。

Research Products

• [Journal Article] Thin shell aerogel fabrication for FIREX-I targets using high viscosity (phloroglucinol carboxylic acid)/formaldehyde solution (2008)
  • Author(s): HAN YANG, KEIJI NAGAI, MITSUO NAKAI, AND TAKAYOSHI NORIMATSU
  • Journal Title: Laser Particl. Beams (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solution viscosity adjustable phloroglucinolcarboxylic acid/formalde hyde applied in extremely thin shell fusion target fabrication (2008)
  • Author(s): H Yang, K Nagai, M Nakai and T Norimatsu
  • Journal Title: Conference Proceedings of 5th International Conference on Fusion Science and its Applications-IFSA2007 (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Encapsulation of Low Density Materials for the First Stage of Fast Ignition Realization Experiment(FIREX-I) (2008)
  • Author(s): Keiji Nagai, Han Yang, Takeshi Fujimura, Mitsuo Nakai, Takayoshi Norimatsu, Akifumi Iwamoto, Hiroshi Azechi, Kunioki Mima
  • Journal Title: NIFS-PROC. 70 Pages: 30-32
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The investigation on the mechanism of phloroglucinolcarboxylic acid/formaldehyde gelation process and obvious density increase before and after extraction drying (2008)
  • Author(s): H. Yang, K. Nagai, M. Nakai, and T. Norimatsu
  • Journal Title: NIFS-PROC. 70 Pages: 46-46
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Foam structure of xerogel prepared via ring-opening reaction between epoxy groups attached on the side chain of polystyrene (2007)
  • Author(s): Kentaro Yamanaka, Keiji Nagai, Nobukatsu Nemoto, Kaori Nomura, Tomonori Shimoyama, Kei Tanji, Tomoya Tanji, Mitsuo Nakai, Takayoshi Norimatsu
  • Journal Title: Fusion Sci. Technol. 51(4) Pages: 665-672
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preliminary Results of Fuel Layering on the Cryogenic Target for FIREX project (2007)
  • Author(s): A. Iwamoto, R. Maekawa, T. Mito, H. Sakagami, O. Motojima, M. Nakai, K. Nagai, T. Fujimura, T. Norimatsu, H. Azechi, K. Mima
  • Journal Title: Fusion Sci. Technol. 51(4) Pages: 753-757
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent experiments on the hydrodynamics of laser-produced plasmas conducted at the PALS laboratory (2007)
  • Author(s): D. Batani, R. Dezulian, R. Redaelli, R. Benocci, H. Stabile, F. Canova, T. Desai, G. Lucchini, E. Krousky, K. Masek, M. Pfeifer, J. Skala, R. Dudzak, B. Rus, J. Ullschmied, V. Malka, J. Faure, M. Koenig, J. Limpouch, W. Nazarov, D. Pepler, K. Nagai, T. Norimatsu and H. Nishimura
  • Journal Title: Laser Particl. Beams 25(1) Pages: 127-141
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Laser Machining of RF Foam by Second Harmonics of Nd:YAG Laser (2007)
  • Author(s): Takeshi Fujimura, Takayoshi Norimatsu, Mitsuo Nakai, Keiji Nagai, Akifumi Iwamoto, and Kunioki Mima
  • Journal Title: Fusion Sci. Technol. 51(4) Pages: 677-681
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent results and future prospects of laser fusion research at ILE, Osaka (2007)
  • Author(s): K. Mima, K.A. Tanaka, R. Kodama, T. Johzaki, H. Nagatomo, H. Shiraga, N. Miyanaga, M. Murakami, H. Azechi, M. Nakai, T. Norimatsu, K. Nagai, T. Taguchi and H. Sakagami
  • Journal Title: Eur. J. Phys. D 44(2) Pages: 259-264
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 展望 レーザー核融合燃料を支えるカプセルとエアロゲル (2007)
  • Author(s): 長井圭治
  • Journal Title: 高分子 KOBUNSHI High Polymers, Japan 56(11) Pages: 884-888
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ENCAPSULATION OF LOW DENSITY MATERIALS FOR THE FIRST STAGE OF FAST IGNITION REALIZATION EXPERIMENT (FIREX-1)-CONTROL OF MICROSTRUCTURE AND GELATION PROCESS USING A PHASE-TRANSFER CATALYST AND TAILORED POLYMERS- (2007)
  • Author(s): Keiji Nagai, F. Ito, H. Yang, A. Iwamoto, M. Nakai, H. Homma, H. Shiraga, H. Azechi, K. A. Tanaka, R. Kodama, T. Norimatsu, and K. Mima
  • Journal Title: Conference Proceedings of 22nd IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering-SOFE07 Pages: OC-02
• [Presentation] 2,4,6-トリヒドロキシ安息香酸/ホルムアルデヒド樹脂低密度アエロゲルシエルの製作 (2008)
  • Author(s): 楊・・長井圭治・中井光男・乗松孝好
  • Organizer: 日本化学会
  • Place of Presentation: 立教大学
  • Year and Date: 2008-03-27
• [Presentation] 高速点火原理実証実験(FIREX)用燃料保持プラスチックの研究(3) (2007)
  • Author(s): 長井圭治, 乗松孝好, 中井光男, 楊ハン, 山中健太郎, 藤村猛, 葛麗芹, 根本修克, 下山智徳, 岩本晃史, 三戸利行, 白神宏之, 疇地宏, 三間圀興
  • Organizer: プラズマ・核融合学会
  • Place of Presentation: イーグレ姫路
  • Year and Date: 2007-11-28
• [Presentation] Encapsulation of Low Density Materials for the First Stage of Fast Ignition Realization Experiment (FIREX-I) (2007)
  • Author(s): Keiji Nagai, Han Yang, Takeshi Fujimura, Mitsuo Nakai, Takayoshi Norimatsu, Akifumi Iwamoto, Hiroshi Azechi, Kunioki Mima
  • Organizer: 2007 China-Japan Bilateral Workshop on Target Materials Jul. 28-Aug. 1, 2007
  • Place of Presentation: HuangShan Media Hotel, HuangShan, Anhui, China
  • Year and Date: 2007-07-30
• [Presentation] The investigation on the mechanism of phloroglucinolcarboxylicacid/formaldehyde gelation process and obvious density increase before and after extraction drying (2007)
  • Author(s): H. Yang, K. Nagai, M. Nakai, and T. Norimatsu
  • Organizer: 2007 China-Japan Bilateral Workshop on Target Materials Jul. 28-Aug. 1, 2007
  • Place of Presentation: HuangShan Media Hotel, HuangShan, Anhui, China
  • Year and Date: 2007-07-30
• [Presentation] Encapsulation of Low Density Materials for the First Stage of Fast Ignition Realization Experiment (FIREX-I) -Control of Microstructure and Gelation Process using a Phase-Transfer Catalyst and Tailored Polymers (2007)
  • Author(s): Keiji NAGAI, Mitsio Nakai, Takayoshi Norimatsu, Akifumi Iwamoto, Toshiyuki Mito, Hiroshi Azechi, Kunioki Mima
  • Organizer: OC-02 on June 19, 2007, 22nd Symposium on Fusion Engineering (22th SOFE), Jun. 17-Jun. 21, 2007
  • Place of Presentation: Albuequerque Convention Center, Albuequerque, New Mexico
  • Year and Date: 2007-06-18
• [Presentation] ポリスチレン側鎖のエポキシ基間の開環反応によるゲルとそのキセロゲルのフォーム構造 (2007)
  • Author(s): 山中健太郎・長井圭治・中井光男・乗松孝好、根本修克・野村香織・下山智徳
  • Organizer: 第56回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館
  • Year and Date: 2007-05-30
• [Presentation] レーザー核融合ターゲット材料創成のための架橋性ポリスチレン誘導体の合成 (2007)
  • Author(s): 下山智徳、野村香織、根本修克、山中健太郎、長井圭治、乗松孝好
  • Organizer: 第56回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館
  • Year and Date: 2007-05-30
• [Presentation] レゾルシノール/ホルムアルデヒドと2,4,6-トリヒドロキシ安息香酸/ホルムアルデヒド混合アエロゲルの製作 (2007)
  • Author(s): 楊 ハン・長井圭治・中井光男・乗松孝好
  • Organizer: 第56回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館
  • Year and Date: 2007-05-30
• [Presentation] 親水性基を有する新規ポリスチレン誘導体の合成 (2007)
  • Author(s): 服部正明、根本修克、長井圭治、乗松孝好
  • Organizer: 第56回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館
  • Year and Date: 2007-05-29
• [Remarks]
  • URL: http://www.ile.osaka-u.ac.jp/