レーザー核融合推進のための磁気ノズルにおけるプラズマ・磁場の挙動解析と最適化

• 研究課題/領域番号: 15K18283
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 森田 太智 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (30726401)
• 研究協力者: 山本 直嗣 ; 藤岡 慎介 ; 森 芳孝 ; 砂原 淳 ; 城崎 知至 ; 梶村 好宏 ; 長友 英夫
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 磁気ノズル / レーザー核融合ロケット / レーザー生成プラズマ / 高出力レーザー / レーザー計測 / レーザー核融合推進 / レーザートムソン散乱計測 / 輻射磁気流体シミュレーション / 磁気スラストチャンバー / レーザートムソン散乱 / イオンバックライト計測

研究成果の概要

将来の推進システムの有力候補のひとつであるレーザー核融合ロケットの推進原理として考えられている磁気スラストチャンバーについて、(1)プラズマの膨張とともに変化する磁場を可視化し、(2)プラズマの温度・密度・速度等のパラメータを局所的に計測することを目的に研究を行った。まず、磁場の可視化のためにXeイオンを用いたバックライト法のシステムを構築に成功し、動作検証を行ったが、レーザー生成プラズマに応用結果、レーザー作動時のノイズにより、実際の計測には至らなかった。また高い波長分解能を持つ分光器を作成してレーザートムソン散乱を行うことで、システム内の希薄プラズマの局所計測に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Plasma structure and energy dependence in a magnetic thrust chamber system (2016)
  • 著者名/発表者名: T Morita, N Yamamoto, R Kawashima, N Saito, M Edamoto, S Fujioka, Y Itadani, T Johzaki, S Miura, Y Mori, H Nishimura, A Sunahara, A Yogo, H Nakashima
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 717 ページ: 012071-012071
  • DOI: 10.1088/1742-6596/717/1/012071
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Measurement of Plasma Structure in a Magnetic Thrust Chamber (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Kawashima, T. Morita, N. Yamamoto, N. Saito, S. Fujioka, H. Nishimura, H. Matsukuma, A. Sunahara, Y. Mori, T. Johzaki, and H. NAKASHIMA
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 11 号: 0 ページ: 3406012-3406012
  • DOI: 10.1585/pfr.11.3406012
  • NAID: 130005401628
  • ISSN: 1880-6821
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Plasma structure and energy dependence in a magnetic thrust chamber system (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Morita, N. Yamamoto, R. Kawashima, N. Saito, M. Edamoto, S. Fujioka, Y. Itadani, T. Johzaki, S. Miura, Y. Mori, H. Nishimura, A. Sunahara, A. Yogo, and H. Nakashima
  • 雑誌名: Jouranal of Physics: Conference Series 巻: 未定
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] レーザー核融合推進にむけたモデル実験におけるレーザー生成プラズマの制御とプラズマ計測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森田太智, 山本直嗣, 齋藤直哉, 枝本雅史, 三浦智之, 板谷佑太朗, 砂原淳, 長友英夫, 藤岡慎介, 城崎知至, 森芳孝, 余語覚文, 西村博明, 中島秀紀
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] 磁気スラストチャンバーによるプラズマ排出制御の実験的検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森田太智, 山本直嗣, 齋藤直哉, 枝本雅史, 三浦智之, 板谷佑太朗, 児島富彦, 砂原淳, 藤岡慎介, 長友英夫, 城崎知至, 森芳孝, 余語覚文, 西村博明, 中島秀紀
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] 磁気ノズルにおける推力発生の原理実証実験 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森田太智, 山本直嗣, 齋藤直哉, 川島諒祐, 枝本雅史, 三浦智之, 板谷佑太朗, 砂原淳, 藤岡慎介, 城崎知至, 森芳孝, 余語覚文, 西村博明, 中島秀紀
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学 泉キャンパス
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] レーザー核融合ロケット推進の基礎研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本直嗣，齋藤直哉，森田太智，中島秀紀，藤岡慎介, 余語覚文，西村博明，森 芳孝，砂原 淳，城崎知至
  • 学会等名: レーザー学会
  • 発表場所: 名城大学 天白キャンパス
  • 年月日: 2016-01-10
  • 招待講演
• [学会発表] 磁気スラストチャンバーにおけるプラズマの振る舞いに関する実験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川島諒祐, 山本直嗣, 森田太智, 齋藤直哉, 枝本雅史, 三浦智之, 板谷佑太朗, 中島秀紀, 藤岡慎介, 余語覚文, 松隈啓, 西村博明, 砂原淳, 城崎知至, 森芳孝
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-11-26
• [学会発表] Model Experiment of a Magnetic Thrust Chamber System for Laser Fusion Rocket (2015)
  • 著者名/発表者名: 1.T. Morita, N. Yamamoto, R. Kawashima, N. Saito, M. Edamoto, S. Fujioka, Y. Itadani, T. Johzaki, S. Miura, Y. Mori, H. Nishimura, A. Sunahara, A. Yogo, and H. Nakashima
  • 学会等名: International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications (IFSA 2015)
  • 発表場所: Seattle, WA, USA
  • 年月日: 2015-09-22
  • 国際学会
• [学会発表] 大型レーザー生成プラズマを用いた磁気ノズルによる推進システムの模擬実験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森田太智, 山本直嗣, 齋藤直哉, 藤岡慎介, 城崎知至, 川島諒祐, 森芳孝, 西村博明, 砂原淳, 余語覚文, 中島秀紀
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-18