高速点火レーザー核融合における高速電子の発生と輸送の物理的制御

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24540545
• Research Institution: Institute for Laser Technology
• Principal Investigator: 砂原 淳 公益財団法人レーザー技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (00370213)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 高速点火レーザー核融合 / 放射流体シミュレーション / エネルギー輸送 / レーザープラズマ相互作用 / 高速電子 / 高速イオン

Outline of Annual Research Achievements

高速点火レーザー核融合では爆縮された高密度プラズマに対し、外部より超高強度レーザーを用いてこれを追加熱し、最終的に核融合点火に必要な高温状態(5keV)に至らしめる。この方式では外部超高強度レーザーから高密度爆縮プラズマへのエネルギー結合効率、即ち加熱効率が重要であり、加熱効率を上げることで、より少ない外部超高強度加熱レーザーエネルギーでを核融合点火状態を達成が可能になる。本研究は加熱効率向上を目指し、コーンターゲットとレーザーの相互作用、エネルギー輸送、高密度プラズマ加熱過程における物理を解明することを目的としている。加熱効率向上の具体的な方策として、本研究では外部加熱レーザー照射により発生する高速電子に加え、高速イオン発生も合わせて考慮し、高速電子及び高速イオンの両方を用いて同時に高密度プラズマを加熱する状況を想定した。超高強度レーザーを物質に照射すると高速電子が発生し、８０％程度のエネルギーが高速電子のエネルギーとなり、そのうち約半分の40%が高密度コア方向に輸送される。高速イオン発生は照射レーザーエネルギーの高々数％程度にすぎないが、高速イオンは高速電子に比べて高密度プラズマ中の飛程が短いため、局所的な加熱に向いている。本研究で高速電子、高速イオンを両方考慮した統合的加熱モデルを１次元で構築し、計算を行った結果、高速電子で広い領域を加熱し、局所的に高速イオンで加熱出来ることを明らかにした。一次元モデルでは発生する高速電子、高速イオンの角度広がりを考慮し、輸送に関しては飛程をそれぞれ計算する形となっており、電子のOhmic加熱も考慮している。
1x10^19W/cm^2程度の超高強度レーザー強度で100g/ccの爆縮コアプラズマを1keV程度加熱出来る事を計算で明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Control of Electron Beam Using Strong Magnetic Field for Efficient Core Heating in Fast ignition (2015)
  • Author(s): T. Johzaki, T. Taguchi, T. Sentoku, A. Sunahara, H. Nagatomo, H. Sakagami, K. Mima, S. Fujioka, H. Shiraga
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 55 Pages: 053022
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/5/053022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Density and x-ray emission profile relationships in highly ionized high-Z laser-produced plasmas (2015)
  • Author(s): K. Yoshida, S. Fujioka, T. Higashiguchi, T. Ugomori, N. Tanaka, M. Kawasaki, Y Suzuki, C. Suzuki, K. Tomita, R. Hirose, T. Ejima, H. Ohashi, M. Nishikino, A. Sunahara, B. Li, P. Dunne, G. O’sullivan, T. Yanagida, H. Azechi, and H. Nishimura
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 106 Pages: 121109
  • DOI: 10.1063/1.4916395
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectroscopic observation of ablation plasma generated with a laser-driven extreme light source (2015)
  • Author(s): M. Masuda, N. Tanaka, K. Hane, A. Sunahara, S. Fujioka, and H, Nishimura
  • Journal Title: Applied Physics B: Lasers and Optics Volume: 119 Pages: 421-425
  • DOI: 10.1007/s00340-015-6041-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simulation of the Ablation by Charged Particles for Laser Fusion Reactor Wall (2015)
  • Author(s): K. Takaki, K. Kageyama, A. Sunahara, T. Yabuuchi, and K. A. Tanaka
  • Journal Title: Journal of nuclear materials Volume: 459 Pages: 77-80
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2015.01.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Progress in indirect and direct-drive planar experiments on hydrodynamic instability (2014)
  • Author(s): A. Casner, L. Masse, B. Delorme, D. Martinez, G. Huser, D. Galmiche, S. Liberatore, I. Igumenshchev, M. Olazabal-Loumé, Ph. Nicolaï, J. Breil, D. T. Michel, D. Froula, W. Seka, G. Riazuelo, S. Fujioka, A. Sunahara, et al.
  • Journal Title: Phys. Plasmas Volume: 21 Pages: 122702
  • DOI: 10.1063/1.4903331
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 燃料球内面照射型高速点火核融合の理論と点火デザイン (2015)
  • Author(s): 砂原淳、城崎知至，柳川琢省，坂上仁志，安部勇輝，長井隆浩， 李昇浩，Zhang Zhe，池之内孝仁，小島完興，坂田匠平，有川安信，藤岡慎介，中井光男，白神宏之，乗松孝好， 疇地宏，FIREXプロジェクトチーム
  • Organizer: 物理学会第７０回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] レーザー照射されたスズドロップレットの輻射流体シミュレーション (2014)
  • Author(s): 砂原淳
  • Organizer: 第28回数値流体力学シンポジウム
  • Place of Presentation: タワーホール船堀
  • Year and Date: 2014-12-09 – 2014-12-11
• [Presentation] Implosion simulation with tailored pulses (2014)
  • Author(s): 砂原淳、北川米喜、森芳孝、西村靖彦、日置 辰視, 東 博純, 米田 修, 花山 良平, 石井 勝弘, 関根 尊史, 近藤 拓也, 藤根 学, 元廣 友美, 梶野 勉, 西 哲平, 菅 博文, 三浦 永祐, 千徳 靖彦
  • Organizer: PLASMA2014
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [Presentation] レーザープラズマ中の原子過程と輻射輸送 (2014)
  • Author(s): 砂原淳
  • Organizer: PLASMA2014
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2014-11-18 – 2014-11-21
  • Invited
• [Presentation] 直接照射型高速点火 (2014)
  • Author(s): 砂原淳、城崎知至、長友英夫、 坂上仁志、 三間圀興、 有川安信、藤岡慎介、白神宏之、疇地宏
  • Organizer: 第10回核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2014-06-19 – 2014-06-20