2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of ultrashort-pulsed point neutron source driven by high-intensity lasers and its application to high-density plasma diagnostics
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22H01206
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
安部 勇輝 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (70817543)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 中性子源 / レーザー / 核融合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，超短パルス「点」中性子源の開発及びその応用技術の確立によって，中性子ラジオグラフィによる高解像度・高時間分解画像診断を可能にすることである．研究代表者らが提唱する「爆縮不要の慣性核融合方式」をさらに発展させることで，球殻ターゲットへの一方向からのレーザー照射によってピコ秒・ミクロンスケールの超短パルス点中性子源を生成する実験を行った．これまでナノ秒レーザーを用いて行われてきた同手法に関する国内外の実験に対して，本研究ではピコ秒の超短パルスレーザーを用いることで集束プラズマの劇的な衝突エネルギーの向上に成功し，その結果，3桁以上の中性子生成効率の改善を達成した．中性子発生数はレーザーの出力エネルギー（or集光強度）の4乗に比例しており，その物理的説明の検討を行った．
また，今年度は次年度実験に向けて，更なる中性子数増大を達成するためのターゲット形状の最適化と，中性子発生点の「大きさ」を計測するためのイメージングデバイスの開発を進めた．中性子イメージングでは，ぺナンブラと呼ばれる肉厚のピンホールを用いた中性子結像法を採用し，シンチレータパネルとマルチピクセル半導体光検出器を組み合わせたイメージングデバイスの開発を進めた．今年度予算で800μmピッチの液体シンチレータアレイの製作が完了し，関西光科学研究所（量研機構）のレーザー実験に相乗りで動作試験を行ったほか，マルチピクセル半導体光検出器用のバイアス回路及びVME規格の高速ADコンバータへの信号伝送回路の製作が完了した．
以上の研究成果と超短パルス点中性子源の応用展望について，国内外の学会で発表したほか， Review of Scientific Instruments誌に1件論文掲載した．また，シンチレータパネルの開発に関連して同誌に2件，論文を掲載した．
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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
今年度は当初予定していた中性子数増大を達成する手法の原理実証や計測器開発に加えて，ターゲット形状の最適化や，Particle-in-Cell（PIC）シミュレーションを用いたプラズマダイナミクスの評価といった研究項目を当初予定よりも前倒しして実施することができた．シミュレーションでは，MeV級のプラズマ集束によってターゲット中心部に直径数ミクロン程度の大きさのプラズマ塊が生成されることが分かった．このプラズマの大きさは中性子源の大きさに対応する．レーザー駆動中性子源のソースサイズは一般にサブミリメートルと言われているため，得られた計算結果は点中性子源としてのソースサイズの劇的改善の可能性を示唆している．こうした結果から，次年度以降に実施予定の中性子イメージングへの期待がさらに高まったため，中性子イメージングデバイスの動作検証などを予定前倒しで進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
大阪大学レーザー科学研究所の施設共同利用申請により，高出力レーザーLFEXにおける次年度のビームタイムを獲得したため，年度明け早々に実験準備を始める予定である．本手法における最適なターゲット形状は真球ではなく，ラグビーボールのような楕円球型であることが分かったため，実験に向けてターゲット製作方法の検討を行う．これと並行して，シミュレーションによる楕円球型ターゲット内部のプラズマダイナミクスの詳細な評価を行うと共に，シミュレーション結果を用いて中性子発生分布やその時間推移を計算するポストプロセスコードの構築を進める．これらの結果を基に綿密な実験計画を立て，中性子数のさらなる増大の実証を試みる．
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[Presentation] Mass-resolved ion measurement by particle counting analysis for characterizing relativistic ion beams driven by lasers2022
Author(s)
T. Minami, A. O. Tokiyasu, H. Kohri, Y. Abe, K. Iwasaki, T. Taguchi, K. Oda, S. Suzuki, T. Asai, S. J. Tanaka, S. Isayama, M. Kanasaki, S. Kodaira, Y. Fukuda,Y. Kuramitsu
Organizer
The 24th Topical Conference on High-Temperature Plasma Diagnostics (HTPD2022)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 高強度レーザーと球殻ターゲットを用いた短パルス点中性子源の開発2022
Author(s)
松浦亮大, 安部勇輝, Alessio Morace, 東口武史, 森田大樹, 近原敦, 滝沢龍之介, 前川珠貴, 有川安信, 南卓海, 福田祐仁, 羽原英明, 蔵満康浩, 藤岡慎介, Zhe Zhang
Organizer
日本物理学会2023年春季大会
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[Presentation] 高出力短パルスレーザーを用いた高繰り返し中性子発生のための液体ジェットターゲットの開発2022
Author(s)
松浦亮大, 安部勇輝, Alessio Morace, 森田大樹, 近原 敦, 滝沢龍之介, 前川珠貴, 有川安信, 南卓海, 福田祐仁, 羽原英明, 蔵満康浩, 藤岡慎介, Zhe Zhang
Organizer
第14回核融合エネルギー連合講演会
