高速点火レーザー核融合における高エネルギー粒子輸送の物理解明

• 研究課題/領域番号: 15K05368
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 大阪大学 (2017); 公益財団法人レーザー技術総合研究所 (2015-2016)
• 研究代表者: 砂原 淳 大阪大学, レーザー科学研究所, 招へい准教授 (00370213)
• 研究協力者: 城崎 知至 広島大学, 工学研究院, 准教授 (10397680) ; 藤岡 慎介 大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (40372635)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2015年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 高速点火レーザー核融合 / 爆縮 / 磁場拡散 / 電磁波と物質の相互作用 / 数値シミュレーション / 爆縮プラズマ / 超高強度レーザー / 高速電子 / 高速イオン / 磁場 / フォッカプランク方程式 / Warm Dense Matter / フォッカープランク方程式 / 速度分布関数

研究成果の概要

本研究は高速点火レーザー核融合における加熱効率向上を目指すことを主目的としている。本研究では2次元の爆縮流体コードを開発し、レーザー照射不均一を考慮した爆縮コア生成計算を可能にした。また、Warm Dense Matter(WDM)領域の金の導電率を計算し、超高強度レーザー導入用金コーンターゲットへの磁場の拡散、及び渦電流によるプリプラズマ発生を計算した。爆縮、磁場、プレプラズマの精度の高い知見が得られ、加熱効率向上に向けた包括的なシミュレーションが可能になった。

研究成果

• [国際共同研究] Purdue University/University of Nevada(米国)
• [国際共同研究] CMUXE/School of Nuclear Engineering/Purdue University(米国)
• [雑誌論文] Experimental demonstration of ion extraction from magnetic thrust chamber for laser fusion rocket (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito Naoya、Yamamoto Naoji、Morita Taichi、Edamoto Masafumi、Nakashima Hideki、Fujioka Shinsuke、Yogo Akifumi、Nishimura Hiroaki、Sunahara Atsushi、Mori Yoshitaka、Johzaki Tomoyuki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 号: 5 ページ: 050303-050303
  • DOI: 10.7567/jjap.57.050303
  • NAID: 210000149032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Whispering gallery effect in relativistic optics (2018)
  • 著者名/発表者名: Abe Y.、Law K. F. F.、Korneev Ph.、Fujioka S.、Kojima S.、Lee S.-H.、Sakata S.、Matsuo K.、Oshima A.、Morace A.、Arikawa Y.、Yogo A.、Nakai M.、Norimatsu T.、d’Humi?res E.、Santos J. J.、Kondo K.、Sunahara A.、Gus’kov S.、Tikhonchuk V.
  • 雑誌名: JETP Letters 巻: 15 号: 6 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1134/s0021364018060012
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Improvement in the heating efficiency of fast ignition inertial confinement fusion through suppression of the preformed plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Arikawa, S. Kojima, A. Morace, M. Hata, S. Sakata, S. Fujioka, T. Kawashima, Y. Hironaka, K. Shigemori, Y. Abe, Z. Zhang, X. Vaisseau, S. Lee, T. Gawa, K. Matsuo, K.F.F. Law, Y. Kato, S. Matsubara, S. Tosaki, A. Yogo, H. Nagatomo, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 号: 23 ページ: 066022-066022
  • DOI: 10.1063/1.5016531
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Time-resolved two-dimensional profiles of electron density and temperature of laser-produced tin plasmas for extreme-ultraviolet lithography light sources (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomita Kentaro、Sato Yuta、Tsukiyama Syouichi、Eguchi Toshiaki、Uchino Kiichiro、Kouge Kouichiro、Tomuro Hiroaki、Yanagida Tatsuya、Wada Yasunori、Kunishima Masahito、Soumagne Georg、Kodama Takeshi、Mizoguchi Hakaru、Sunahara Atsushi、Nishihara Katsunobu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-017-11685-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ベーパーシールディングによる熱負荷散逸効果に対する幅射輸送の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Sunahara, A. Hassanein
  • 雑誌名: Journal of plasma and fusion research 巻: 93 ページ: 366-370
  • 国際共著
• [雑誌論文] Control of unsteady laser-produced plasma-flow with a multiple-coil magnetic nozzle (2017)
  • 著者名/発表者名: Morita Taichi、Edamoto Masafumi、Miura Satoshi、Sunahara Atsushi、Saito Naoya、Itadani Yutaro、Kojima Tomihiko、Mori Yoshitaka、Johzaki Tomoyuki、Kajimura Yoshihiro、Fujioka Shinsuke、Yogo Akifumi、Nishimura Hiroaki、Nakashima Hideki、Yamamoto Naoji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 8910-8910
  • DOI: 10.1038/s41598-017-09273-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Compression and electron beam heating of solid target under the external magnetic field for fast ignition (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Nagatomo, T. Johzaki, T. Asahina, M. Hata, K. Matsuo, S. Lee, A. Sunahara, H. Sakagami, K. Mima, K. Iwano, S. Fujioka, H. Shiraga, and H. Azechi
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 号: 8 ページ: 086009-086009
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aa74f0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast heating of fuel assembled in a spherical deuterated polystyrene shell target by counter-irradiating tailored laser pulses delivered by a HAMA 1 Hz ICF driver (2017)
  • 著者名/発表者名: Mori Y.、Nishimura Y.、Hanayama R.、Nakayama S.、Ishii K.、Kitagawa Y.、Sekine T.、Takeuchi Y.、Kurita T.、Satoh N.、Kawashima T.、Komeda O.、Nishi T.、Azuma H.、Hioki T.、Motohiro T.、Sunahara A.、Sentoku Y.、Miura E.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 号: 11 ページ: 116031-116031
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aa7e4d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct heating of a laser-imploded core using ultraintense laser LFEX (2017)
  • 著者名/発表者名: Kitagawa Y.、Mori Y.、Ishii K.、Hanayama R.、Nishimura Y.、Okihara S.、Nakayama S.、Sekine T.、Takagi M.、Watari T.、Satoh N.、Kawashima T.、Komeda O.、Hioki T.、Motohiro T.、Azuma H.、Sunahara A.、Sentoku Y.、Arikawa Y.、Abe Y.、Miura E.、Ozaki T.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 号: 7 ページ: 076030-076030
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aa70bc
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrated simulation of magnetic-field-assist fast ignition laser fusion (2017)
  • 著者名/発表者名: T Johzaki, H Nagatomo, A Sunahara, Y Sentoku, H Sakagami, M Hata, T Taguchi, K Mima, Y Kai, D Ajimi, T Isoda, T Endo, A Yogo, Y Arikawa, S Fujioka, H Shiraga, H Azechi
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 59 号: 1 ページ: 014045-014045
  • DOI: 10.1088/0741-3335/59/1/014045
  • URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0741-3335/59/1/014045/meta
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fast heating of imploded core with counter-beam configuration (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Mori, Y. Nishimura, S. Nakayama, K. Ishii, Y. Kitagawa, T. Sekine, N. Sato, T. Kurita, T. Kawashima, H. Kan, O. Komeda, T. Nishi, H. Azuma, T. Hioki, T. Motohiro, A. Sunahara, Y. Sentoku, and E. Miura
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 117 号: 5 ページ: 055001-055001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.055001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast ignition realization experiment with high-contrast kilo-joule peta-watt LFEX laser and strong external magnetic field (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Fujioka, Yasunobu Arikawa, et al.,
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 23 号: 5 ページ: 056308-056308
  • DOI: 10.1063/1.4948278
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultrahigh-contrast kilojoule-class petawatt LFEX laser using a plasma mirror (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasunobu Arikawa, et al.,
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 55 号: 25 ページ: 6850-6857
  • DOI: 10.1364/ao.55.006850
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Numerical demonstration of high-Z doping scheme on ignition-relevant scale implosion (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Shiroto, N. Ohnishi, A. Sunahara, S. Fujioka and A. Sasaki
  • 雑誌名: Phys. Plasmas 巻: 23 号: 12 ページ: 122705-122705
  • DOI: 10.1063/1.4972546
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct heating of imploded plasma in the fast ignition (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Sunahara, T. Johzaki, H. Nagatomo, K. Mima, H. Shiraga, H. Azechi, Y. Mori, and Y. Kitagawa
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 688 ページ: 012114-012114
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Diffusion of external magnetic fields into the cone-in-shell target in the fast ignition (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Sunahara
  • 学会等名: 59th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics, American Physical Society
• [学会発表] 高速点火ターゲットへの磁場印加シミュレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 砂原 淳
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会
  • 発表場所: 東北大学青葉山キャンパス
  • 年月日: 2016-11-29
• [学会発表] Diffusion of external magnetic fields into the cone-in-shell target in the fast ignition (2016)
  • 著者名/発表者名: 砂原 淳
  • 学会等名: Japan-US workshop on Theory and Simulation on the high energy density physics related to the inertial confinement fusion
  • 発表場所: San Jose, CA, USA
  • 年月日: 2016-11-04
  • 国際学会
• [学会発表] Diffusion of external magnetic fields into the cone-in-shell target in the fast ignition (2016)
  • 著者名/発表者名: 砂原 淳
  • 学会等名: 58th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics
  • 発表場所: San Jose, CA, USA
  • 年月日: 2016-10-31
  • 国際学会
• [学会発表] Generation of Magnetized Plasma by Ultra-intense laser Irradiation on Shell Inner Surface for Fast Ignition scheme (2016)
  • 著者名/発表者名: 砂原 淳
  • 学会等名: 34-th European Conference on Laser Interaction with Matter (ECLIM2016)
  • 発表場所: Moscow, Russia
  • 年月日: 2016-09-18
  • 国際学会
• [学会発表] Temporal evolution of external magnetic fields applied to the cone shell target (2016)
  • 著者名/発表者名: 砂原 淳
  • 学会等名: 14th International workshop on Fast-ignition and High field physics with High power lasers oint with CLES2016
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2016-05-17
  • 国際学会
• [学会発表] Kinetic modeling on laser-produced plasmas (2016)
  • 著者名/発表者名: 砂原 淳
  • 学会等名: Kinetic physics workshop,
  • 発表場所: Livermore, CA, USA
  • 年月日: 2016-04-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 内面照射型高速点火核融合の点火計算 (2015)
  • 著者名/発表者名: 砂原淳
  • 学会等名: プラズマ核融合学会
  • 発表場所: 名古屋大学豊田講堂
  • 年月日: 2015-11-24
• [学会発表] Hydrodynamic simulation of Irradiation of ultra-intense laser on the inner surface of shell (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Sunahara
  • 学会等名: 57th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: Savannah, GA, USA
  • 年月日: 2015-11-16
  • 国際学会
• [学会発表] Direct heating of compressed core by ultra-intense laser (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Sunahara
  • 学会等名: International conference on Inertial confinement fusion Science and Applications:IFSA2015
  • 発表場所: Seattle, WA, USA
  • 年月日: 2015-09-20
  • 国際学会
• [学会・シンポジウム開催] Japan-US workshop on Theory and Simulation on the high energy density physics related to the inertial confinement fusion (2017)
• [学会・シンポジウム開催] Japan-US workshop on Theory and Simulation on the high energy density physics related to the inertial confinement fusion (2016)
  • 発表場所: San Jose, CA, USA
  • 年月日: 2016-11-04