慣性静電閉じ込めプラズマ中の球状集束ビーム衝突核融合反応機構の解明

• 研究課題/領域番号: 22686011
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物理学一般
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 増田 開 京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (80303907)
• 研究協力者: KIPRITIDIS John 京都大学, エネルギー理工学研究所, 研究員 ; 梶原 泰樹 京都大学, 大学院・エネルギー科学研究科, 博士後期課程学生
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 25,350千円 (直接経費: 19,500千円、間接経費: 5,850千円); 2013年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2012年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2011年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2010年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
• キーワード: プラズマ / イオンビーム / 核融合 / 慣性静電閉じ込め / 空間電荷効果 / マグネトロン放電 / 核融合反応計測 / 放電シミュレーション

研究概要

従来の核融合反応率が電流に比例するのに対し、提案した環状イオン源駆動型の慣性静電閉じ込め核融合装置においては電流の2乗に比例するなど、高出力化に有望なビーム対ビーム衝突反応を示唆する実験結果を得た。一方で、ビーム対ターゲット衝突反応に起因すると考えられる電流に比例する寄与が依然として支配的であることも明らかになった。電界分布の球対称性の改善によるビームの集束性の向上のため多段電極構造を提案し、数値シミュレーションによりビーム対ビーム衝突反応率の大幅な向上が可能であることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Compact Intense Neutron Generators based on Inertial Electrostatic Confinement of D-D Fusion Plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Masuda, K. Inoue, T. Kajiwara and R. Nakamatsu
  • 雑誌名: Proc. of Nuclear Physics and Gamma-ray Sources for Nuclear Security and Nonproliferation (NPNSNP), Tokai, Ibaraki, Japan 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Study of Ion Recirculation in an Improved Spherical Inertial Electrostatic Confinement Fusion Scheme by Use of a Multistage High-Voltage Feedthrough (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Masuda, Y. Yamagaki, T. Kajiwara and J. Kipritidis
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 60 ページ: 625-625
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling the time-variation of beam-grid fusion reaction rates in a RS-MIS IEC device (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Kipritidis, K. Masuda, T. Kajiwara, Y. Yamagaki and K. Nagasaki
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 53 ページ: 45006-45006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Study of Ion Recirculation in an Improved Spherical Inertial Electrostatic Confinement Fusion Scheme by Use of a Multistage High-Voltage Feedthrough (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Masuda, Y.Yamagaki, T.Kajiwara, J.Kipritidis
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 60 ページ: 625-629
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling the time-variation of beam-grid fusion reaction rates in a RS-MIS IEC device (2011)
  • 著者名/発表者名: J.Kipritidis, K.Masuda, T.Kajiwara, Y.Yamagaki, K.Nagasaki
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 53
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cathode Grid Current Dependence of D(d, n)^3 He Reaction Rates in an Inertial Electrostatic Confinement Device Driven by a Ring-Shaped Magnetron Ion Source (2010)
  • 著者名/発表者名: K Masuda, T Nakagawa, J Kipritidis, T Kajiwara, Y Yamagaki, H Zen, K Yoshikawa and K Nagasaki
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 52 ページ: 95010-95010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cathode grid current dependence of D(d, n)3He reaction rates in an inertial electrostatic confinement device driven by a ring-shaped magnetron ion source (2010)
  • 著者名/発表者名: K Masuda, T Nakagawa, J Kipritidis, T Kajiwara, Y Yamagaki, H Zen, K Yoshikawa, K Nagasaki
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 52
  • 査読あり
• [学会発表] Compact Intense Neutron Generators based on Inertial Electrostatic Confinement of D-D Fusion Plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Masuda et al
  • 学会等名: Nuclear Physics and Gamma-ray Sources for Nuclear Security and Nonproliferation (NPNSNP)
  • 発表場所: Tokai, Ibaraki, Japan
• [学会発表] Compact Intense Neutron Generators based on Inertial Electrostatic Confinement of D-D Fusion Plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: Kai Masuda, T. Kajiwara, K. Inoue, R. Nakamatsu, T. Masawa，Y. Yakahashi，T. Yagi and H. Ohgaki
  • 学会等名: Nuclear Physics and Gamma-ray Sources for Nuclear Security and Nonproliferation
  • 発表場所: Tokai, Ibaraki, Japan
• [学会発表] Active Interrogation of Special Nuclear Materials by use of Inertial Electrostatic Confinement Fusion Neutron Source (2013)
  • 著者名/発表者名: Kai Masuda, Tsuyoshi Misawa, Yoshiyuki Takahashi, Takahiro Yagi, Kazuki Inoue, Taiju Kajiwara and Ryota Nakamatsu
  • 学会等名: 15th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: Uji, Kyoto, Japan
• [学会発表] Development of high-power pulsed DD-IEC neutron source for Nuclear Material Detection System (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Inoue, Kai Masuda, Taiju Kajiwara, Ryota Nakamatsu and Kazunobu Nagasaki
  • 学会等名: 15th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: Uji, Kyoto, Japan
• [学会発表] 核物質非破壊検知システムのための高出力パルスDD-IEC 中性子源の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 猪上和希
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会第30回年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス
• [学会発表] Overview of IEC Research at Kyoto University (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Masuda et al
  • 学会等名: 14th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: University of Maryland, MD, USA
• [学会発表] Study on Enhancement of Discharge Current in the Ring-Shaped Magnetron Ion Source for the Low Operating Pressure IEC Device (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kajiwara et al
  • 学会等名: 14th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: University of Maryland, MD, USA
• [学会発表] グロー放電型慣性静電閉じ込め核融合装置における中性子発生率に対する電極径の効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 橋本元輝，増田開，梶原泰樹，長崎百伸
  • 学会等名: 日本原子力学会2012年秋の大会
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] Overview of IEC Research at Kyoto Univ. (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Masuda, T. Kajiwara, G. Hashimoto and K. Inoue
  • 学会等名: 14th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: University of Maryland, MD, USA
• [学会発表] Electrode-Size Effect on Neutron Yield in Glow-Discharge-Driven Inertial Electrostatic Confinement Fusion Device (2012)
  • 著者名/発表者名: G. Hashimoto, K. Masuda, T. Kajiwara, K. Inoue and K. Nagasaki
  • 学会等名: 14th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: University of Maryland, MD, USA
• [学会発表] Study on Enhancement of discharge current in the Ring-Shaped Magnetron Ion Source for the low operating pressure IEC device (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kajiwara, K. Masuda, G. Hashimoto and K. Nagasaki
  • 学会等名: 14th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: University of Maryland, MD, USA
• [学会発表] Overview of IEC Research at Kyoto University (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Masuda et al
  • 学会等名: 13th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: The Menzies Hotel, Sydney, Australia
• [学会発表] Study on Upgrade of the Magnetron Ion Source for High Current Operation of the Low Pressure IEC Device (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kajiwara et al
  • 学会等名: 13th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: The Menzies Hotel, Sydney, Australia
• [学会発表] Experimental Results from an IEC Device Employing a 5-Stage High Voltage Feedthrough (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamagaki et al
  • 学会等名: 13th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: The Menzies Hotel, Sydney, Australia
• [学会発表] Improvement of Neutron Production Rate in Inertial Electrostatic Confinement Fusion by Use of a Multi-Stage Feedthrough (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamagaki et al
  • 学会等名: Plasma Conference 2011
  • 発表場所: Kanazawa, Ishikawa, Japan
• [学会発表] Enhancement of Ion Current in a Magnetron Ion Source for an Inertial Electrostatic Confinement Fusion Device (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kajiwara rt al
  • 学会等名: Plasma Conference 2011
  • 発表場所: Kanazawa, Ishikawa, Japan
• [学会発表] 環状イオン源駆動型慣性静電閉じ込め核融合装置における陽子計測を用いた核融合反応空間分布計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梶原泰樹他
  • 学会等名: 日本原子力学会2011年秋の大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場
• [学会発表] Enhancement of Ion Current in a Magnet ron Ion Source for an Inertial Electrostatic Confinement Fusion Device (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Kajiwara, K.Masuda, Y.Kamiya, Y.Yamagaki, G.Hashimoto, K.Nagasaki
  • 学会等名: Plasma Conference 2011
  • 発表場所: 石川県立音楽堂
• [学会発表] Improvement of Neutron Production Rate at Inertial Electrostatic Confinement Fusion by Use of a Multi-Stage Feedthrough (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Yamagaki, K.Masuda, T.Kajiwara, G.Hashimoto, Y.Kamiya, K.Nagasaki
  • 学会等名: Plasma Conference 2011
  • 発表場所: 石川県立音楽堂
• [学会発表] Study on Upgrades of the Magnetron Ion Source for High Current Operation of the Low Pressure Driven IEC Device (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Kajiwara, Y.Kamiya, K.Masuda, Y.Yamagaki, G.Hashimoto, K.Nagasaki
  • 学会等名: 13th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: The Menzies Hotel, Sydney, Australia
• [学会発表] Experimental Results from an IEC Device Employing a 5-stage High Voltage Feedthrough (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Yamagaki, K.Masuda, T.Kajiwara, G.Hashimoto, Y.Kamiya, K.Nagasaki
  • 学会等名: 13th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: The Menzies Hotel, Sydney, Australia
• [学会発表] 環状イオン源駆動型慣性静電閉じ込め核融合装置における核融合反応の空間分布計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梶原泰樹, 増田開, J.Kipritidis, 山垣悠, 長崎百伸
  • 学会等名: 日本原子力学会2011年春の年会
  • 発表場所: 福井大学
• [学会発表] Overview of IEC Research at Kyoto University (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Masuda et al
  • 学会等名: 12th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: KKR Hotel, Osaka, Japan
• [学会発表] Down to the wire : distinguishing beam-grid from beam-beam reactions in RS-MIS IEC (2010)
  • 著者名/発表者名: J. Kipritidis et al
  • 学会等名: 12th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: KKR Hotel, Osaka, Japan
• [学会発表] High Spatial Resolution Proton Measurement System in Low Pressure IEC Device (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Kajiwara et al
  • 学会等名: 12th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: KKR Hotel, Osaka, Japan
• [学会発表] Simulation of Ion Recirculation in IEC Using a Multi-Stage Feedthrough for Improved Spherical Symmetry of Electric Field (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamagaki et al
  • 学会等名: 12th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: KKR Hotel, Osaka, Japan
• [学会発表] イオンの再入射回数の向上を目的としたIECF 装置の設計に関する数値解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山垣悠他
  • 学会等名: 日本原子力学会2010年秋の大会
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] Inertial Electrostatic Confinement Fusion Driven by Ring-Shaped Magnetron Ion Source ; Experimental Neutron Production Rates and Proton Collimation Tomography (2010)
  • 著者名/発表者名: J. Kipritidis et al
  • 学会等名: 日本原子力学会2010年秋の大会
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] Inertial Electrostatic Confinement Fusion driven by Ring-Shaped Magnetron Ion Source ; Experimental neutron production rates and proton collimation tomography (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Kipritidis, K.Masuda, T.Kajiwara, Y.Yamagaki
  • 学会等名: 日本原子力学会2010年秋の大会
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] イオンの再入射回数の向上を目的としたIECF装置の設計に関する数値解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山垣悠, 長崎百伸, 増田開, J.Kipritidis, 梶原泰樹
  • 学会等名: 日本原子力学会2010年秋の大会
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] Overview of IEC Research at Kyoto University (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Masuda, Y.Yamamoto, K.Noborio, J.Kipritidis, T.Kajiwara, Y.Yamagaki, K.Nagasaki
  • 学会等名: 12th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: 大阪,KKRホテル
• [学会発表] Down to the wire : distinguishing beam-grid from beam-beam reactions in RS-MIS IEC (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Kipritidis, K.Masuda, T.Kajiwara, Y.Yamagaki, K.Nagasaki
  • 学会等名: 12th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: 大阪,KKRホテル
• [学会発表] High spatial resolution proton measurement system in low pressure IEC device (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Kajiwara, J.Kipritidis, K.Masuda., Y.Yamagaki, K.Nagasaki
  • 学会等名: 12th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: 大阪,KKRホテル
• [学会発表] Simulation of Ion Recirculation in IEC Using a Multi-Stage Feedthrough for Improved Spherical Symmetry of Electric Field (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Yamagaki, K.Masuda, J.Kipritidis, T.Kajiwara, K.Nagasaki
  • 学会等名: 12th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • 発表場所: 大阪,KKRホテル