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2013 年度 実施状況報告書

高速点火レーザー核融合における高速電子の発生と輸送の物理的制御

研究課題

研究課題/領域番号 24540545
研究機関公益財団法人レーザー技術総合研究所

研究代表者

砂原 淳  公益財団法人レーザー技術総合研究所, 理論・シミュレーションチーム, 副主任研究員 (00370213)

キーワードレーザー核融合 / 高速点火 / 高速電子 / 高速イオン / 高強度磁場 / 数値シミュレーション
研究概要

本研究は高速点火レーザー核融合において、効率的な高速電子発生の制御、並びに磁場による高速電子輸送制御の物理を探求することにより、高速点火において最も重要な課題である超高強度レーザーによる爆縮プラズマの加熱効率向上を目指すものである。
現在大阪大学を中心に推進している高速点火原理実証実験において、直接照射方式を考案し、概念設計を行った後、実験を実施した。考案したターゲットは従来のコーンターゲットの先端部に穴を空けたもので、超高強度レーザーが直接爆縮プラズマと相互作用する。これにより、超高強度レーザーと爆縮プラズマとの距離(=スタンドオフ距離)が短縮され、超高強度レーザーにより発生する高速電子の発散角による加熱率減少を抑制する事ができる。第2に、コーン先端部による高速電子の散乱がないため、高速電子の爆縮プラズマ方向への透過率を向上出来る。第3に、爆縮プラズマ(=CDプラズマ)と超高強度レーが直接相互作用することにより、高速イオンを発生し、この高速イオンで爆縮コアを加熱することが出来る。高速イオンは高速電子に比べて爆縮コア中での飛程が短く、爆縮プラズマをより局所的に高温にすることが出来る。これらの特徴を持った直接照射方式を考案し、一次元統合加熱コードを開発して、レーザー条件、ターゲット条件を変化させた際の加熱効率の評価を行った。その上で、実際の高速点火原理実証実験に持ち込み、従来の高速点火ターゲットとは異なり、爆縮プラズマへのイオン加熱の兆候を確認するなど、見積り通りの成果が得られつつ有る。また、磁場を用いた高速電子の収束による加熱効率の向上について、レーザー駆動高電流による磁場生成のモデリングとして、一巻きコイル中の電流分布を計算し、表皮効果の影響を解析した。これらの解析により、より高強度な磁場発生に向けた物理理解が深まりつつ有る。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究は高速点火ターゲット、特にコーンターゲットの物理特性、超高強度レーザーと物質の相互作用の物理理解に基づいて、加熱率向上のための条件最適化を行うものであり、3年間の研究期間の一年目でコーンターゲットの物理的特性を調べ、二年目で磁場による高速電子の収束についての物理を探求した上で、三年目に実際の実験で、加熱率の向上を確認することとなっている。実際の高速点火ターゲットにおける加熱率向上について、二年目で既に計画を前倒しして実験に持ち込み、成果を得ており、研究目的の達成度は高い。一方で、コーンターゲットの物理特性、状態方程式、磁場による高速電子の収束に関する一年目、二年目の研究について、現在まだ継続しており、さらなる探求が必要である。それ故、研究全体として目的は達成しつつある。

今後の研究の推進方策

考案した直接照射型高速点火ターゲットの物理特性、特に状態方程式と導電率の関係を中心に理解を進める。また、レーザー駆動高電流による磁場生成のモデリングを進める。現状の一次元加熱評価コードを改良し、導電率、磁場発生の物理を含むを統合加熱評価コードを開発し、高速点火実験の結果について解析を進める。これらを計画最終年度である今年度に進めることにより、研究目的である高速点火の加熱率向上を実証する。

次年度の研究費の使用計画

ネバダ大リノ校との共同研究打ち合わせについて、米国物理学会出席に合わせて実施したため、関係する旅費を支出しなかった。
本年度、高速点火国際会議に合わせてネバダ大リノ校との共同研究打ち合わせを実施する。この国際会議及び共同研究打ち合わせに関する費用として、本年度支出する。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Initial Process of Laser-Plasma Interaction in the Extreme Ultra-Violet Light Source and the Inertial Confinement Fusion Plasmas2013

    • 著者名/発表者名
      A. Sunahara
    • 雑誌名

      J. Plasma Fusion Res.

      巻: 89 ページ: 416‐422

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simulations of laser imprint reduction using underdense foams and its consequence on the hydrodynamic instability growth2013

    • 著者名/発表者名
      • M. Olazabal-Loumé, Ph. Nicolaï, G. Riazuelo, M. Grech, J. Breil, S. Fujioka, A. Sunahara, N. Borisenko and V. T. Tikhonchuk
    • 雑誌名

      New J. Phys.

      巻: 15 ページ: 085033-1-19

    • DOI

      10.1088/1367-2630/15/8/085033

    • 査読あり
  • [学会発表] レーザー駆動高カレントによる高強度磁場生成時のコイルの輻射流体力学的特性と磁場強度2014

    • 著者名/発表者名
      砂原淳、城崎知至、坂上仁志、長友英夫、三間圀興、Zhang Zhe, 石原和大、有川安信、藤岡慎介、白神宏之、疇地宏、FIREX project
    • 学会等名
      日本物理学会 第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] 高速点火における直接加熱2013

    • 著者名/発表者名
      砂原淳、城崎知至、坂上仁志、長友英夫、有川安信、藤岡慎介、白神宏之、疇地宏、森芳孝、北川米喜
    • 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
    • 年月日
      20131203-20131206
  • [学会発表] Direct heating of imploded plasma by ultra-intense laser in the fast ignition scheme2013

    • 著者名/発表者名
      A. Sunahara、T. Johzaki, H. Sakagami, H. Nagatomo, K. Mima, Y. Arikawa, S. Fujioka, H. Shiraga, H. Azechi, FIREX project
    • 学会等名
      55th Annual Meeting of the APS DPP Meeting
    • 発表場所
      Denver, CO, USA
    • 年月日
      20131110-20131116
  • [学会発表] Direct heating of imploded plasma in the fast ignition2013

    • 著者名/発表者名
      A. Sunahara、T.Johzaki, H.Nagatomo, K.Mima, H.Shiraga, H.Azechi, Y.Mori, and Y.Kitagawa
    • 学会等名
      8th International conference on Inertial Fusion Science and Applications
    • 発表場所
      奈良県新公会堂
    • 年月日
      20130908-20130913
  • [学会発表] 高Z物質添加による高密度爆縮

    • 著者名/発表者名
      砂原淳、藤岡慎介、P. Nicolai, M. Olazabal, 城崎知至、長友英夫、藤本靖、長井圭治、大西直文、白戸高志、白神宏之、乗松孝好
    • 学会等名
      レーザー学会第456回研究会及び核融合科学研究所双方向型共同研究合同研究会
    • 発表場所
      大阪大学レーザーエネルギー学研究センター

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公開日: 2015-05-28  

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