高速点火基礎実験(FIREX)用極低密度プラスチックフォームの材料決定と球殻化

2007 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19360414
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 長井 圭治 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 助教 (30280803)
• 研究分担者: 根本 修克 日本大学, 工学部, 准教授 (30237812) ; 岩本 晃史 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教 (00260050) ; 中井 光男 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 准教授 (70201663) ; 乗松 孝好 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 教授 (50135753)
• キーワード: レーザー核融合 / FIREX計画 / エアロゲル / 有機材料 / 極低密度

研究概要

レーザー核融合用低密度材料は、単に低密度なだけでなく、10ミクロン程度の薄膜化とそれに比べて数桁低い空隙構造が求められてきた。また、光学的計測のために、可視域で透明であることも求められ、そのために空隙構造が数百ミクロン以下であることも必要である。FIREX-I計画のために、厚み20ミクロン、直径500ミクロン、空隙構造200nm、密度100mg/ccの材料が新規に開発されたが、FIREX-IIでは10mg/ccの密度とさらなる空隙構造の微細化が求められている。
本年度は、空隙構造のサイズを支配する因子を、プラスチックの分子と合成時に用いる溶媒分子の相互作用の観点から議論し、空隙構造の支配因子に関して一つの見通しを立てることができた。ポリスチレン骨格にオキシラン架橋基を有する高分子を新規に設計、合成し、オキシラン架橋基の割合を変えて、その場合に空隙のナノ構造がどのように影響されるか調べた。オキシラン架橋基が少ない場合に空隙の大きさが大きくなることがわかった。これは、架橋反応の後にも溶媒との親和性の高い場合には運動性を保持し、空隙サイズの増加に寄与してしまうことを示唆した。次に、FIREX-I用の材料に添加剤として使用しているフロログルシノールカルボン酸・ホルムアルデヒド重合体に着目し、そのゲルを様々な溶媒に交換し、溶媒の種類と空隙サイズの関係を調べた。そこでは、溶媒の極性と高分子単位骨格分子の極性の類似した場合に、空隙サイズが大きくなることが明らかとなった。この傾向の普遍性を調べる目的でカラギーナンゲルに関しても同様の実験を行い。そこでも同様の傾向が観察された。これらの知見に基づいて、低密度材料化の合成過程を再設計し、空隙構造を10nmレベルまで小さくすることに成功した。一方で、低密度化に関しても、新規材料の探索を続けている。

研究成果

• [雑誌論文] Thin shell aerogel fabrication for FIREX-I targets using high viscosity (phloroglucinol carboxylic acid)/formaldehyde solution (2008)
  • 著者名/発表者名: HAN YANG, KEIJI NAGAI, MITSUO NAKAI, AND TAKAYOSHI NORIMATSU
  • 雑誌名: Laser Particl. Beams (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solution viscosity adjustable phloroglucinolcarboxylic acid/formalde hyde applied in extremely thin shell fusion target fabrication (2008)
  • 著者名/発表者名: H Yang, K Nagai, M Nakai and T Norimatsu
  • 雑誌名: Conference Proceedings of 5th International Conference on Fusion Science and its Applications-IFSA2007 (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Encapsulation of Low Density Materials for the First Stage of Fast Ignition Realization Experiment(FIREX-I) (2008)
  • 著者名/発表者名: Keiji Nagai, Han Yang, Takeshi Fujimura, Mitsuo Nakai, Takayoshi Norimatsu, Akifumi Iwamoto, Hiroshi Azechi, Kunioki Mima
  • 雑誌名: NIFS-PROC. 70 ページ: 30-32
  • 査読あり
• [雑誌論文] The investigation on the mechanism of phloroglucinolcarboxylic acid/formaldehyde gelation process and obvious density increase before and after extraction drying (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Yang, K. Nagai, M. Nakai, and T. Norimatsu
  • 雑誌名: NIFS-PROC. 70 ページ: 46-46
  • 査読あり
• [雑誌論文] Foam structure of xerogel prepared via ring-opening reaction between epoxy groups attached on the side chain of polystyrene (2007)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Yamanaka, Keiji Nagai, Nobukatsu Nemoto, Kaori Nomura, Tomonori Shimoyama, Kei Tanji, Tomoya Tanji, Mitsuo Nakai, Takayoshi Norimatsu
  • 雑誌名: Fusion Sci. Technol. 51(4) ページ: 665-672
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preliminary Results of Fuel Layering on the Cryogenic Target for FIREX project (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Iwamoto, R. Maekawa, T. Mito, H. Sakagami, O. Motojima, M. Nakai, K. Nagai, T. Fujimura, T. Norimatsu, H. Azechi, K. Mima
  • 雑誌名: Fusion Sci. Technol. 51(4) ページ: 753-757
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent experiments on the hydrodynamics of laser-produced plasmas conducted at the PALS laboratory (2007)
  • 著者名/発表者名: D. Batani, R. Dezulian, R. Redaelli, R. Benocci, H. Stabile, F. Canova, T. Desai, G. Lucchini, E. Krousky, K. Masek, M. Pfeifer, J. Skala, R. Dudzak, B. Rus, J. Ullschmied, V. Malka, J. Faure, M. Koenig, J. Limpouch, W. Nazarov, D. Pepler, K. Nagai, T. Norimatsu and H. Nishimura
  • 雑誌名: Laser Particl. Beams 25(1) ページ: 127-141
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laser Machining of RF Foam by Second Harmonics of Nd:YAG Laser (2007)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Fujimura, Takayoshi Norimatsu, Mitsuo Nakai, Keiji Nagai, Akifumi Iwamoto, and Kunioki Mima
  • 雑誌名: Fusion Sci. Technol. 51(4) ページ: 677-681
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent results and future prospects of laser fusion research at ILE, Osaka (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Mima, K.A. Tanaka, R. Kodama, T. Johzaki, H. Nagatomo, H. Shiraga, N. Miyanaga, M. Murakami, H. Azechi, M. Nakai, T. Norimatsu, K. Nagai, T. Taguchi and H. Sakagami
  • 雑誌名: Eur. J. Phys. D 44(2) ページ: 259-264
  • 査読あり
• [雑誌論文] 展望 レーザー核融合燃料を支えるカプセルとエアロゲル (2007)
  • 著者名/発表者名: 長井圭治
  • 雑誌名: 高分子 KOBUNSHI High Polymers, Japan 56(11) ページ: 884-888
  • 査読あり
• [雑誌論文] ENCAPSULATION OF LOW DENSITY MATERIALS FOR THE FIRST STAGE OF FAST IGNITION REALIZATION EXPERIMENT (FIREX-1)-CONTROL OF MICROSTRUCTURE AND GELATION PROCESS USING A PHASE-TRANSFER CATALYST AND TAILORED POLYMERS- (2007)
  • 著者名/発表者名: Keiji Nagai, F. Ito, H. Yang, A. Iwamoto, M. Nakai, H. Homma, H. Shiraga, H. Azechi, K. A. Tanaka, R. Kodama, T. Norimatsu, and K. Mima
  • 雑誌名: Conference Proceedings of 22nd IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering-SOFE07 ページ: OC-02
• [学会発表] 2,4,6-トリヒドロキシ安息香酸/ホルムアルデヒド樹脂低密度アエロゲルシエルの製作 (2008)
  • 著者名/発表者名: 楊・・長井圭治・中井光男・乗松孝好
  • 学会等名: 日本化学会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 2008-03-27
• [学会発表] 高速点火原理実証実験(FIREX)用燃料保持プラスチックの研究(3) (2007)
  • 著者名/発表者名: 長井圭治, 乗松孝好, 中井光男, 楊ハン, 山中健太郎, 藤村猛, 葛麗芹, 根本修克, 下山智徳, 岩本晃史, 三戸利行, 白神宏之, 疇地宏, 三間圀興
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会
  • 発表場所: イーグレ姫路
  • 年月日: 2007-11-28
• [学会発表] Encapsulation of Low Density Materials for the First Stage of Fast Ignition Realization Experiment (FIREX-I) (2007)
  • 著者名/発表者名: Keiji Nagai, Han Yang, Takeshi Fujimura, Mitsuo Nakai, Takayoshi Norimatsu, Akifumi Iwamoto, Hiroshi Azechi, Kunioki Mima
  • 学会等名: 2007 China-Japan Bilateral Workshop on Target Materials Jul. 28-Aug. 1, 2007
  • 発表場所: HuangShan Media Hotel, HuangShan, Anhui, China
  • 年月日: 2007-07-30
• [学会発表] The investigation on the mechanism of phloroglucinolcarboxylicacid/formaldehyde gelation process and obvious density increase before and after extraction drying (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Yang, K. Nagai, M. Nakai, and T. Norimatsu
  • 学会等名: 2007 China-Japan Bilateral Workshop on Target Materials Jul. 28-Aug. 1, 2007
  • 発表場所: HuangShan Media Hotel, HuangShan, Anhui, China
  • 年月日: 2007-07-30
• [学会発表] Encapsulation of Low Density Materials for the First Stage of Fast Ignition Realization Experiment (FIREX-I) -Control of Microstructure and Gelation Process using a Phase-Transfer Catalyst and Tailored Polymers (2007)
  • 著者名/発表者名: Keiji NAGAI, Mitsio Nakai, Takayoshi Norimatsu, Akifumi Iwamoto, Toshiyuki Mito, Hiroshi Azechi, Kunioki Mima
  • 学会等名: OC-02 on June 19, 2007, 22nd Symposium on Fusion Engineering (22th SOFE), Jun. 17-Jun. 21, 2007
  • 発表場所: Albuequerque Convention Center, Albuequerque, New Mexico
  • 年月日: 2007-06-18
• [学会発表] ポリスチレン側鎖のエポキシ基間の開環反応によるゲルとそのキセロゲルのフォーム構造 (2007)
  • 著者名/発表者名: 山中健太郎・長井圭治・中井光男・乗松孝好、根本修克・野村香織・下山智徳
  • 学会等名: 第56回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 京都国際会館
  • 年月日: 2007-05-30
• [学会発表] レーザー核融合ターゲット材料創成のための架橋性ポリスチレン誘導体の合成 (2007)
  • 著者名/発表者名: 下山智徳、野村香織、根本修克、山中健太郎、長井圭治、乗松孝好
  • 学会等名: 第56回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 京都国際会館
  • 年月日: 2007-05-30
• [学会発表] レゾルシノール/ホルムアルデヒドと2,4,6-トリヒドロキシ安息香酸/ホルムアルデヒド混合アエロゲルの製作 (2007)
  • 著者名/発表者名: 楊 ハン・長井圭治・中井光男・乗松孝好
  • 学会等名: 第56回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 京都国際会館
  • 年月日: 2007-05-30
• [学会発表] 親水性基を有する新規ポリスチレン誘導体の合成 (2007)
  • 著者名/発表者名: 服部正明、根本修克、長井圭治、乗松孝好
  • 学会等名: 第56回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 京都国際会館
  • 年月日: 2007-05-29
• [備考]
  • URL: http://www.ile.osaka-u.ac.jp/