高速点火プラズマの高エネルギー電子輸送に関するX線分光学的研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13480136
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 西村 博明 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 教授 (60135754)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 兒玉 了祐 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 助教授 (80211902) ; 阪部 周二 京都大学, 化学研, 教授 (50153903) ; 田中 和夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70171741) ; 乗松 孝好 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 教授 (50135753) ; 北川 米喜 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 助教授 (40093405)
• Keywords: レーザー核融合 / 高速点火 / X線分光計測 / 高速電子 / 相対論プラズマ

Research Abstract

レーザー核融合の研究において、爆縮した燃料プラズマをPWレーザーにより局所的に急速に加熱する「高速点火」法が注目されている。この方法においては、燃料が最大圧縮に至った瞬間、別途ペタワットレーザーを照射し、周辺プラズマ中に伝搬チャネルを形成する。吸収されたレーザーエネルギーは数100keV〜数MeVの高エネルギー電子、あるいは高エネルギーイオンに変換され、これらの粒子を介して内部の高密度燃料を追加熱し、核融合点火条件に至らしめる。これまでの高速点火法では、加熱対象となる燃料の密度・半径積は0.1g/cm^2を上回り、かつ内部の温度は比較的低いのに対し、周りのプラズマの温度は高いので、内部の様子を診断するにはこれまで核反応中性子計測に依存しており、追加熱に関する空間・時間情報が十分に得られていなかった。
これらのプラズマ診断における問題を解決すべく申請者らは高速電子により内殻励起された高原子番号のトレーサから放射される高エネルギーのX線(Kα線とそのイオン化シフト成分)に着目し、その分光診断法を確立した。部分電離したイオンから放射されるKα線群のスペクトル形状から温度情報を、そして画像から加熱領域の空間分布情報を得た。X線の発光量は微弱であるため、本研究助成により光の収集効率を改善した高効率X線分光器を新たに整備した。また、得られたスペクトルから温度・密度情報を得るための分光解析ツールを開発した。その結果、ターゲット表面ないし裏面のみが局所的に加熱され、内部は低温のままであることが明らかとなった。粒子シミュレーションと原子コード計算を組み合わせた解析の結果、このような異常輸送はレーザープラズマ相互作用の結果生成された高速電子が発生する電磁場により高速電子自身あるいは背景電子の輸送が大きく阻害され、古典的な輸送状態になっていないことが原因と推定されている。

Research Products

• [Publications] Y.Ochi, I.Golovkin, I.Uschmann, K.Fujita, R.Mancini, S.Louis, H.Nishimura他9名: "Temporal Evolution of Temperature and Density Profiles of a Laser Compressed Core"Review of Scientific Instruments. 74, no3. 1683-1687 (2003)
• [Publications] T.Kawamura, T.Schlegel, H.Nishimura, F.Koike他10名: "Numerical study of Kα emission from partially ionized chlorine"Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiation Transfer. 81. 237-246 (2003)
• [Publications] H.Nishimura, T.Kawamura, R.Matsui他9名: "Kα Spectroscopy to Study Energy Transport in Ultrahigh-intensity Laser Plasmas"Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiation Transfer. 81. 327-337 (2003)