多次元輸送・流体計算による慣性核融合プラズマの核反応生成粒子効果の解明

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12680492
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 中尾 安幸 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (00164129)
• 研究分担者: 工藤 和彦 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (40039681) ; 小田 明範 八代工業高等専門学校, 機械電気工学科, 助教授 (60224234) ; 城崎 知至 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 博士研究員(常勤)
• キーワード: 慣性核融合プラズマ / 核反応生成粒子 / アルファ粒子加熱 / 2次元解析 / 輸送-流体結合計算 / 高速点火方式 / 点火条件 / エネルギー利得

研究概要

14年度(最終年度)は、レーザー核融合の新しい方式として関心が持たれている高速点火ターゲットを想定し、相対論的レーザー・プラズマ相互作用で発生する高速電子によるコアプラズマ過熱の解析と関連事項の検討に当て、以下のような結果を得た。先ず高速電子に対する運動論的輸送コードを開発した。高速電子のエネルギー損失過程として近距離でのプラズマ粒子との2体衝突のほかに、集団遮蔽効果を含んだ遠距離での衝突も考慮した。コードは今のところ実空間1次元・運動量空間2次元で書かれているが、高速電子のソース分布が与えられれば、プラズマへのエネルギー付与率を時間及び空間依存で詳細に計算することが可能である。
先ず高速電子に対する運動論的輸送コードを開発した。高速電子のエネルギー損失過程として近距離でのプラズマ粒子との2体衝突のほかに、集団遮蔽効果を含んだ遠距離での衝突も考慮した。コードは今のところ実空間1次元・運動量空間2次元で書かれているが、高速電子のソース分布が与えられれば、プラズマへのエネルギー付与率を時間及び空間依存で詳細に計算することが可能である。
開発した高速電子輸送コードを1次元の輻射流体コードに組込み、1次元無限平板系を想定して大阪大学で実施されたPWレーザーによるコア過熱実験の解析を行った。追加熱レーザー照射で発生する高速電子の初期エネルギー分布として、0.5MeVと2MeVの2つの温度をもつ分布を仮定すると、実験で観測された中性子数を説明することが出来ることを示した。また、コアプラズマから放出される中性子のエネルギー分布を時間依存で計算し、その分布の広がりの時間変化から爆縮コアの平均温度の時間発展を推測する方法を提案した。
さらに、高速電子輸送コードを2次元の流体コードに組込み、球形の点火実験球並びに実用炉級ターゲットを想定して、より実際的な解析を行った。高速電子ビームに対し色々なエネルギー分布を仮定して点火条件とエネルギー利得を評価し、炉心設計の指針となる結果を得た。

研究成果

• [文献書誌] Y.Nakao, Y.Kuroki, T.Johzaki: "Two-dimensional transport code for alpha-particles in ICF plasmas"Proc. of 2^<nd> Int. Conf. on Inertial Fusion Sciences and Applications (Kyoto, 2001). 222-226 (2002)
• [文献書誌] T.Johzaki, Y.Nakao, Y.Kuroki: "Alpha-particle diffusion code for multi-dimensional ICF simulations"Proc. of 2^<nd> Int. Conf. on Inertial Fusion Sciences and Applications (Kyoto, 2001). 236-239 (2002)
• [文献書誌] T.Yokota, Y.Nakao, H.Sumita, et al.: "Fokker-Planck analysis of energy deposition by relativistic electrons in compressed plasmas"Proc. of 11^<th> Int. Conf. on Emerging Nuclear Energy Systems (Albuquerque, 2002). 247-250 (2002)
• [文献書誌] Y.Nakao, T.Yokota, H.Sumita, et al.: "Electron beam requirement for fast ignition of compressed fuel"Proc. of 11^<th> Int. Conf. on Emerging Nuclear Energy Systems (Albuquerque, 2002). 251-254 (2002)
• [文献書誌] Y.Nakao, T.Yokota, H.Sumita, et al.: "Analysis of core plasma heating and ignition by relativistic electrons"to be published in Proc. of 19^<th> IAEA Fusion Energy Conf. (Lyon, 2002). (2003)
• [文献書誌] T.Johzaki, K.Mima, Y.Nakao, et al.: "Analysis of core plasma heating by relativistic electrons in fast ignition"to be published in Fusion Sci. Technol.. Vol.43.