非対称爆縮における高密度コアプラズマの形成と加熱のダイナミクス

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15360490
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 白神 宏之 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 助教授 (90183839)
• 研究分担者: 兒玉 了祐 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80211902) ; 中井 光男 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 助教授 (70201663) ; 重森 啓介 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 助手 (50335395) ; 長友 英夫 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 助手 (10283813) ; 長井 圭治 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 助手 (30280803)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• キーワード: レーザー核融合 / 高速点火 / コーンシェルターゲット / 非対称爆縮 / コアダイナミクス / 超高速X線画像計測 / 核反応粒子計測 / マルチイメージX線ストリークカメラ

研究概要

大阪大学レーザー核融合研究センターで高速点火核融合方式の原理実証を目標として進めているコーンシェルターゲットの爆縮では、コーンの存在により爆縮は必然的にモード1の非対称性を有するため、爆縮過程および形成されるコアプラズマは非対称な構造を持ち、コアプラズマ内部に流れが存在するなど、球対称爆縮とは大きく様相を異にする。本研究の目的は、非対称爆縮の形成および加熱のダイナミクスの解明である。以下の成果を得た。
(1)多チャンネルマルチイメージX線ストリークカメラや多チャンネル2次元サンプリングイメージX線ストリークカメラなど、高時間空間同時分解の超高速2次元X線画像計測法を開発・改良し、高速で変化する非対称爆縮コアの挙動を性格に観測する手法を確立した。
(2)コーン付きシェルターゲットの非対称爆縮では、爆縮コア形成の直前に衝撃波ジェットが形成され、これがコーン先端に向かって流れることを実験的に解明した。
(3)2次元シミュレーションコードを開発し、このような非対称爆縮コアおよび様々なジェット状流体現象などを精度良く再現することに成功した。
(4)多チャンネル中性子シンチレータを用いた計測システムおよび解析手法を開発・整備し、1次反応中性子、2次反応中性子の測定から、非対称爆縮コアにおけるコアパラメータ測定法を確立した。
(5)トラックディテクタCR-39を用いた核融合反応プロトンのスペクトル計測法を開発・整備し、上記の中性子計測と併用し、コアパラメータの測定精度を向上した。
(6)クライオ重永素平板ターゲットを用いた加速と加熱のダイナミクスに関する基礎実験を開始し、加速と輸送に関するダイナミクスおよびターゲット密度構造などが、非局所熱伝導を取り入れたシミュレーションコードにより正確に記述できることを明らかにした。
以上により高速点火核融合ターゲットの非対称爆縮コア形成と加熱のダイナミクスに関する多くの知見を得ることが出来た。

研究成果

• [雑誌論文] The Formation of High Density Core Plasma in Non-spherical implosion using high-resolution 2-D Integrated Implosion Code (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Nagatomo, 他
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics (印刷中)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Ultrafast x-ray imaging with sliced sampling streak cameras (2006)
  • 著者名/発表者名: T.X.Huang, 他
  • 雑誌名: Rev.Sci.Instrum. vol.77 ページ: 026105
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Low-Density-Plastic-Foam Capsule of Resorcinol/Formalin and (Phloroglucinolcarboxylic acid)/Formalin Resins for Fast Ignition Realization Experiment (FIREX) in Laser Fusion Research (2006)
  • 著者名/発表者名: Fuyumi ITO, 他
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys Part 2. 45(11) ページ: L335-L338
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Computational Study of Implosion Physics and Target Design for the Fast Ignition Experiment FIREX-I (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Nagatomo, 他
  • 雑誌名: Journal de Physique (印刷中)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Ultrafast x-ray imaging with sliced sampling streak cameras (2006)
  • 著者名/発表者名: T.X.Huang, M.Nakai, H.Shiraga, H.Azechi, Y.K.Ding, Z.J.Zheng
  • 雑誌名: Rev.Sci.Instrum. vol.77 ページ: 026105
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Low-Density-Plastic-Foam Capsule of Resorcinol/Formalin and (Phloroglucinolcarboxylic acid)/Formalin Resins for Fast Ignition Realization Experiment (FIREX) in Laser Fusion Research (2006)
  • 著者名/発表者名: Fuyumi ITO, Keiji NAKAI, Mitsuo NAKAI, Takayoshi NORIMATSU, Andrei NIKITENKO, Sergei TOLOKONNIKOV, Elena KORESHEVA, Takashi FUJIMURA, Hiroshi AZECHI, Kunioki MIMA
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys Part 2. 45(11) ページ: L335-L338
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Implosion Hydrodynamics of Fast Ignition Targets (2005)
  • 著者名/発表者名: R.B.Stephens, 他
  • 雑誌名: Phys.Plasmas 12,(5) ページ: 056312-1-056312-7
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 爆縮研究の進展 (2005)
  • 著者名/発表者名: 白神 宏之
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 81 Suppl. ページ: 19-28
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Foam materials for cryogenic targets of fast ignition realization experiment (FIREX) (2005)
  • 著者名/発表者名: Keiji Nagai, 他
  • 雑誌名: Nucl.Fusion 45 ページ: 1277-1283
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Implosion Hydrodynamics of Fast Ignition Targets (2005)
  • 著者名/発表者名: R.B.Stephens, S.P.Hatchett, M.Tabak, C.Stoeckl, H.Shiraga, S.Fujioka, M.Bonino, A.Nikroo, R.Petrasso, T.C.Sangster, J.Smith, K.A.Tanaka
  • 雑誌名: Phys.Plasmas vol.12, No.5 ページ: 056312-1-056312-7
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Progress of Laser-Driven Implosion (2005)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Shiraga
  • 雑誌名: J.Plasma Fusion Res Vol.81, Suppl. ページ: 19-28
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Foam materials for cryogenic targets of fast ignition realization experiment (FIREX) (2005)
  • 著者名/発表者名: Keiji Nagai, H.Azechi, F.Ito, A.Iwamoto, Y.Izawa, T.Johzaki, R.Kodama, K.Mima, T.Mito, M.Nakai, N.Nemoto, T.Norimatsu, Y.Ono, K.Shigemori, H.Shiraga, K.A.Tanaka
  • 雑誌名: Nucl.Fusion vol.45 ページ: 1277-1283
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] 核融合燃料の高密度圧縮の展開 (2004)
  • 著者名/発表者名: 白神 宏之
  • 雑誌名: レーザー研究 32,(5) ページ: 306-312
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Multi-imaging x-ray streak camera for ultrahigh-speed two-dimensional x-ray imaging of imploded core plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Shiraga, 他
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 75,(10) ページ: 3921-3925
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Temporal resolved x-ray penumbral imaging technique using heuristic image reconstruction procedure and wide dynamic range x-ray streak camera (2004)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Fujioka, 他
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 75,(10) ページ: 4010-4012
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] High-Density Implosion of Fuel Target for Laser Fusion (2004)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Shiraga
  • 雑誌名: The Review of Laser Engineering vol.32, No.5 ページ: 306-312
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Multi-imaging x-ray streak camera for ultrahigh-speed two-dimensional x-ray imaging of imploded core plasmas (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Shiraga, S.Fujioka, P.A.Jaanimagi, C.Stoeckl, R.B.Stephens, H.Nagatomo, K.A.Tanaka, R.Kodama, H.Azechi
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments vol.75, No.10 ページ: 3921-3925
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Temporal resolved x-ray penumbral imaging technique using heuristic image reconstruction procedure and wide dynamic range x-ray streak camera (2004)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Fujioka, Hiroyuki Shiraga, Hiroshi Azechi, Hiroaki Nishimura, Yasukazu Izawa, Shinya Nozaki, Yen-wei Chen
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments vol.75, No.10 ページ: 4010-4012
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] High-Speed X-Ray Radiographic Measurement of Laser-Driven Hydrodynamic Instability (2003)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Shiraga, 他
  • 雑誌名: High-Speed Photography and Photonics, Proceedings of SPIE Vol.4948 ページ: 425-430
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Numerical Simulation of Non-spherical Implosion Related to East Ignition (2003)
  • 著者名/発表者名: H.Nagatomo, 他
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics Vol.669 ページ: 253-256
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] レーザープラズマの時空同時分解分光画像計測 - 画像サンプリングを用いたレーザープラズマの高時間空間分解画像計測 (2003)
  • 著者名/発表者名: 白神 宏之
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 ページ: 347-354
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] First observation of density profile in directly laser-driven polystyrene targets for ablative Rayleigh-Taylor instability research (2003)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Fujioka, 他
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 10,(12) ページ: 4784-4789
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] High-Speed X-Ray Radiographic Measurement of Laser-Driven Hydrodynamic Instability (2003)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Shiraga, Hiroshi Azechi, Mitsuo Nakai, Keisuke Shigemori, Masaharu Nishikino, Tatsuhiro Sakaiya, Shinsuke Fujioka, Yhei Tamari, Tatsuhiko Yamanaka
  • 雑誌名: High-Speed Photography and Photonics, Proceedings of SPIE (Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers) Vol.4948 ページ: 425-430
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Numerical Simulation of Non-spherical Implosion Related to Fast Ignition (2003)
  • 著者名/発表者名: H.Nagatomo, N.Ohnishi, K.Mima, K.Nishihara, S.Yamada, K.Sawada, H.Takabe
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics Vol.669 ページ: 253-256
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Imaging Diagnostics of Laser-Produced Plasmas with High Spatial and Temporal Resolutions Obtained by Image-Sampling Technique (2003)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Shiraga
  • 雑誌名: J.Plasma Fusion Res. Vol.79, No.4 ページ: 347-354
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] First observation of density profile in directly laser-driven polystyrene targets for ablative Rayleigh-Taylor instability research (2003)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Fujioka, Hiroyuki Shiraga, Masaharu Nishikino, Keisuke Shigemori, Atsushi Sunahara, Mitsuo Nakai, Hiroshi Azechi, Katsunobu Nishihara, Tatsuhiko Yamanaka
  • 雑誌名: Physics of Plasmas vol.10, No.12 ページ: 4784-4789
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The Formation of High Density Core Plasma in Non-spherical implosion using high-resolution 2-D Integrated Implosion Code
  • 著者名/発表者名: H.Nagatomo, T.Johzaki, A.Sunahara, K.Mima
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics (to be published)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Computational Study of Implosion Physics and Target Design for the Fast Ignition Experiment FIREX-I
  • 著者名/発表者名: H.Nagatomo, T.Johzaki, A.Sunahara, H.Shiraga, K.Mima
  • 雑誌名: Journal de Physique (to be published)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より