レーザー核融合炉内での投入燃料ペレットへの金属蒸気吸着影響の研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680491
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 乗松 孝好 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 教授 (50135753)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長井 圭治 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 助手 (30280803)
• Keywords: レーザー核融合 / 液体壁 / 燃料ターゲット / インジェクション / 金属蒸気 / 吸着 / 軌道 / 最終光学系

Research Abstract

レーザー核融合では内面を液体金属で保護した半径5m程度の炉の中に周期的に燃料ペレットを投入し、レーザーを照射し、核融合反応に導く。このとき、次のペレットを投入するまでに内部の圧力をクライオターゲットの性能や投入されたペレットの軌道が大きく影響されないように十分下がっていなければならない。
残留ガスが100%金属蒸気であると仮定した分子流状態での吸着による加熱効果を、100%吸着モデルにより評価した結果、アブレーター層が厚さ100μm以下のプラスチックである場合、半径5m、0.05Torrの炉の中に200m/s程度で投入しても凝縮時の潜熱で固体燃料層はレーザー照射までに溶けてしまい、本来の設計された性能を発揮できないことが分かった。
ターゲットの外側厚さ100μm、密度150mg/cc程度のフォームでコーティングすると、フォームの断熱効果で固体燃料層が溶けることなく、照射位置までターゲットを供給できることが分かった。フォームの密度が低い場合はフォームと鉛の密度から流体力学的不安定性が制限条件に、高い場合は氷の溶解が主原因になる。
重い追加熱用ガイドコーンを持つ高速点火ターゲットは、炉内のガスの流れの影響を受けにくく、炉内トラッキングや、条件によってはインジェクター銃口でのトラッキングも省略可能である。
ターゲットへの金属の計着と係数に関する詳しいデータ解析は現在進行中であるが、実験過程で得られた副次的知見として、炉と最終光学系を結ぶビームポート内に温度の低い部分があると、最終光学系の金属蒸気の汚染は無視できる可能性があることが分かった。

Research Products

• [Publications] T.Norimatsu, K.Nagai, T.Takaki, T.Yamanaka: "Issues in capsule fabrication and injection into a wet-walled IFE reactor"Fusion Engineering and Design. 55. 387-396 (2001)
• [Publications] T.Norimatsu, K.Nagai, T.Yamanaka, T.Endo, H.Yoshida Y: "Activities on target fabrication and injection toward laser fusion energy -in Japan"Fusion Engineering and Design. 63-64. 587-596 (2002)
• [Publications] T.Norimatsu, K.Nagai, T.Takeda, K.Mima, T.Yamanaka: "Influence of gases on direct-drive cryogenic targets in laser fusion reactor with wet wall"Fusion Engineering and Design. (in printing).
• [Publications] T.Norimatsu, K.Nagai, T.Takeda, K.Mima, T.Yamanaka: "Update for the drag force on an injected pellet and target fabrication for inertial fusion"Fusion Science and Technology. 43(in printing). (2003)