高密度プラズマ中での核燃焼デトネーション波の伝播機構の解明とその応用

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25400534
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 城崎 知至 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10397680)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 核燃焼 / デトネーション / 非局所輸送 / レーザー核融合 / 高速点火

研究実績の概要

本研究では、高密度プラズマ中を伝播するレーザー核融合(以下LF)核燃焼波に対する多次元多階層詳細シミュレーションに基づき、LF 核燃焼駆動デトネーション波の伝播機構を解明し、化学反応系のデトネーションモデルとの相違点を見出し、核燃焼デトネーション波伝播に対する理論モデルの構築を行うことを目的とする。
平成27年度は、核燃焼波を模擬し、実験も行われているレーザー駆動デトネーション解析を継続して行い、更に爆縮コアを外部加熱により点火温度までごく短時間内に加熱する高速点火レーザー核融合方式の加熱過程の解析をおもに進めた。
LF核燃焼駆動デトネーション波を模擬するレーザー駆動デトネーション実験を対象とした解析では、昨年度の解析に加え、(1)常温近傍の低電離気体中での中性粒子と電子との衝突過程を通じたレーザー吸収過程の考慮、並びに(2)実験で用いられたレーザーの実波形を用いた解析を実施した。1次元輻射流体シミュレーションを行い、(1)中性粒子と電子との衝突過程によるレーザー吸収は、低電離領域(電離度1/100以下)では主たるレーザー吸収機構となっているが、その領域では、デトネーション領域から輸送される輻射エネルギーの吸収の方が支配的であり、デトネーション伝播機構や先行加熱領域形成にはほとんど影響しないことが示された。また、実波形を用いた解析により、デトネーション伝播速度の実験結果とシミュレーション結果はより良い一致を示すようになった。シミュレーション解析により実験での伝播速度が理論値より低くなる原因が、デトネーション領域におけるレーザーエネルギー吸収効率の低下に起因することが示された。
高速点火レーザー核融合により、核燃焼駆動デトネーションを点火するためのコア加熱効率向上のための磁場印加効果について、統合シミュレーションにより評価し、加熱効率向上のために要する磁場要件について評価した。

研究成果

• [国際共同研究] ネバダ大学レノ校(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ネバダ大学レノ校
• [雑誌論文] Computational study of magnetic field compression by laser-driven implosion (2015)
  • 著者名/発表者名: Nagatomo, H., Johzaki, T., Asahina, T., Sunahara, A., Sano, T., Sakagami, H., Mima, K., Fujioka, S., Shiraga, H., Azechi, H.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 ページ: 093028
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/9/093028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heating efficiency evaluation with mimicking plasma conditions of integrated fast-ignition experiment (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujioka, S., Johzaki, T., Arikawa, Y., Zhang, Z., Morace, A., Ikenouchi, T., Ozaki, T., Nagai, T., Abe, Y., Kojima, S., Sakata, S., Inoue, H., Utsugi, M., Hattori, S., Hosoda, T., Lee, S.H., Shigemori, K., Hironaka, Y., Sunahara, A., Sakagami, H., Mima, K., Fujimoto, Y., Yamanoi, K., Norimatsu, T., Tokita, et al.
  • 雑誌名: Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics 巻: 91 ページ: 053022
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.91.063102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of an electron beam using strong magnetic field for efficient core heating in fast ignition (2015)
  • 著者名/発表者名: Johzaki, T., Taguchi, T., Sentoku, Y., Sunahara, A., Nagatomo, H., Sakagami, H., Mima, K., Fujioka, S., Shiraga, H.
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 ページ: 053022
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/5/053022
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Magnetic guiding of fast electron beam in imploded spherical solid targets (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki, Y. Sentoku, H. Nagatomo, A. Sunahara, H. Sakagami, S. Fujioka, H. Shiraga,T. Endo and FIREX project group
  • 学会等名: Japan-US Workshop on Theory and Simulation on the high energy density physics related to the inertial confinement fusion
  • 発表場所: Banshoukaku, Daianji-Onsen, Fukui, Japan
  • 年月日: 2016-03-24 – 2016-03-24
  • 国際学会
• [学会発表] 高速電子ガイディングに要する外部磁場条件 (2016)
  • 著者名/発表者名: 城﨑知至、安心院大地, 遠藤琢磨, 長友英夫, 砂原淳, 千徳康彦
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学 泉キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-19
• [学会発表] 高速点火爆縮コア加熱効率向上に関するシミュレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 城﨑知至
  • 学会等名: 平成27年度レーザープラズマ加速と産業創成に関する研究会
  • 発表場所: 光産業創生大学院大学、浜松
  • 年月日: 2016-01-19 – 2016-01-19
• [学会発表] 高速点火レーザー核融合におけるキロテスラクラス磁場印加効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 城﨑知至
  • 学会等名: レーザー学会第483回研究会「短波長量子ビーム発生と応用」
  • 発表場所: 広島大学 学士会館、東広島市
  • 年月日: 2015-12-03 – 2015-12-03
• [学会発表] 高速点火レーザー核融合のコア加熱過程に対する外部磁場効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 城﨑知至, 長友英夫, 砂原淳, 千徳靖彦, 藤岡慎介, 遠藤琢磨
  • 学会等名: 第32回プラズマ・核融合学会 年会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス・豊田講堂
  • 年月日: 2015-11-26 – 2015-11-26
• [学会発表] Magnetic Guiding of Electron Beam in Imploded Spherical Solid Targets (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki,Y. Sentoku, H. Nagatomo, A. Sunahara, H. Sakagami, S. Fujioka,H. Shiraga,T. Endo and FIREX project group
  • 学会等名: 57th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • 発表場所: Savannah, Georgia, USA
  • 年月日: 2015-11-20 – 2015-11-20
  • 国際学会
• [学会発表] Electron Beam Guiding by External Magnetic Fields in Imploded Fuel Plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki, Y. Sentoku, H. Nagatomo, A. Sunahara, H. Sakagami, S. Fujioka, H. Shiraga,T. Endo and FIREX project group
  • 学会等名: Ninth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications, IFSA2015
  • 発表場所: Seattle, Washington, USA
  • 年月日: 2015-09-25 – 2015-09-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 爆縮で形成される磁場配位における電子ビームガイディング特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 城﨑知至, 千徳靖彦, 長友英夫, 砂原淳, 坂上仁志, 藤岡慎介, 白神宏之, 遠藤琢磨, FIREX プロジェクトグループ
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学、大阪
  • 年月日: 2015-09-19 – 2015-09-19
• [学会発表] Electron Beam Guiding by kT-class Magnetic Fields in Fast Ignition (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Johzaki
  • 学会等名: US-Japan Workshop on High Energy Density Physics
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2015-09-01 – 2015-09-01
  • 国際学会