レーザー核融合ロケットの設計研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05808046
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 中尾 安幸 九州大学, 工学部, 助教授 (00164129)
• 研究分担者: 赤星 保浩 九州工業大学, 工学部, 助教授 (60222519) ; 小田 明範 九州大学, 工学部, 助手 (60224234) ; 西川 正史 九州大学, 工学部, 教授 (90026229)
• キーワード: レーザー核融合ロケット / DTターゲット / 爆縮シミュレーション / 燃焼室 / 推進効率 / 電磁粒子コード / 核スピン偏極 / トリチウム取扱い技術

研究概要

本研究の目的は、2020年代の技術を用いて、火星まで積載荷物100トンを運ぶレーザー核融合推進の有人宇宙船を設計することである。検討内容と成果は以下のとおりである。
1.核融合ロケット用DTターゲットに対して爆縮シミュレーションを行い,中性子及びα粒子が真火と燃焼に及ぼす影響を解明した。更にこの解析をもとにして,レーザーエネルギー約3MJで150以上の高いターゲット利得を実現する炉心の設計を行った。
2.ロケットの推進効率を計算するため2次元電磁粒子コードを開発した。このコードを米国リバモア国立研究所から提案されている宇宙船「ヴィスタ」型の燃焼室設計計算に適用し,コイルの配置と燃焼室内プラズマ挙動の関係を解析することにより,推進効率60%を得た。
3.磁気ノズルにおいて磁場との相互作用を利用してプラズマの運動エネルギーを推進エネルギーに変換する際に、各種の不安定性(e.g.レ-ソ-・テーラー不安定性)が発生する可能性がある。これを解析するため2次元並びに3次元の電磁粒子コードを開発した。コードの検証のため,茨城大学で行われた実験(磁場を横切るプラズマがひき起す不安定性)の解析を行った。今後いくつかの改良を加え,コードを完成させる予定である。
4.ロケットではD-^3Hl燃料の使用も考えられる。比較のため、磁場反転配位に基づくD-^3Hl核融合ロケットの基本的特性を解析した。
その他,核スピン偏極燃料,ロケット構造,宇宙でのトリチウム取扱い技術と燃料系を検討した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Nakao,et al.: "Calculational Method for Xeutron Heating in Dense Plasma Systems,(II) Application to Burning D-TPellets" Journal of Nuclear Science and Technology. 30. 1207-1213 (1993)
• [文献書誌] H.Nakashima,et al.: "Field Reversed Configuration(FRC)Fusion Rocket" Proc.11th Symp.on Space Nuclear Power and Propulsion(Albuguergue,1994). 1311-1317 (1994)
• [文献書誌] Y.Nakao,et al.: "Neutron Interactions in Compressed D-TPellets for Inertial Confinoment Fusion" Emerging Nuclear Erergy Systems (Proc.7th Into Conf,Chiba,1993). 117-121 (1994)
• [文献書誌] A.Oda,et al.: "Tritium Breeding in Inertial Confinement Fusion Blankets:Effects of Source Neutron Energy Spectira" Emerging Nuclear Energy Systems (Proc.7th Int.Conf.,Chiba,1993). 213-214 (1994)
• [文献書誌] H.Nakashima,et al.: "Neutron Transport in Burning D-T Pellets for Inertial Confinement Fusion" Laser Interaction and Related Plasma Phenomena(Proc.11th Int.Conf,Monterey,1993). 413-418 (1994)
• [文献書誌] 西尾浩紀,他: "D-^3He/FRC核融合推進ロケットの炉心プラズマ設計" 九州大学工学集報. 67. 495-502 (1994)
• [文献書誌] T.Johzaki,et al.: "Neutron Heating in Laser-Imploded DT Pellet" Journal of Nuclear Science and Technology. 32. 81-83 (1995)
• [文献書誌] Y.Nakao,et al.: "Neutron Heating in Ignition and Burn Phases of Lasser-Imploded DT Pellets" 12th Int.Conf.on Laser Interaction and Related Plasma Phonomena(Osaka,1995). (発表予定).
• [文献書誌] H.Nakashima,et al.: "Some Destgn Aspects of Laser Fusion Rocket" 12th Int.Conf.on Laser Interaction and Related Plasma Phenomera(Osaka,1995). (発表予定).