2015 Fiscal Year Annual Research Report
高速点火核融合実験における高速電子計測による加熱効率の評価
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14J06592
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小島 完興 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 高速点火核融合 / 高速電子 / プラズマミラー / 高強度レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高速点火核融合のシナリオでは、まずnsの圧縮レーザーにより燃料球を圧縮し、最大圧縮時に加熱レーザーを照射し、発生させた高速電子により燃料を加熱する。一つ目のステップである燃料の圧縮はレーザーによって作られる衝撃波により達成される。燃料の中心の圧力は100 Mbar(1億気圧)にも達する。燃料の中心に達した衝撃波はやがて反射し外向きへ伝播し、コーン先端を破壊する。一度コーンが破壊されると燃料の周囲を囲むプラズマがコーン内に流入し、高速電子の高エネルギー化を引きこす。このように起きる衝撃波によるコーン破壊を遅らせるのに、コーンの壁厚を増やすのは有効な手段である。しかしながら、厚いコーンは発生させた高速電子を吸収するため、本来の加熱のシナリオを阻害する。そのため最適なコーン壁厚を知る必要がある。
本研究では衝撃波によりコーン内面が破壊される時刻を計測するためにVISAR(velocity interferometer system for any reflector)と呼ばれる手法を用いた。VISARとは干渉光学系の一部として計測対象からの反射を使うこと計測対象の速度変化を縞のシフトとして捉えることが出来る光学系を示す。図1(左)に実験で得られたVISARの観測結果を示す。データは横軸が空間、縦軸は時間を示している。計測から7μm厚のコーンを使用した場合、コーン先端は圧縮レーザーの波形がピークに達する時刻から周囲より徐々に破壊され始め、全体が破壊さるまでにおよそ660psかかることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当年度においては昨年度までに整備が完了した硬X線分光を介した高速電子の評価手法を用いて高速点火核融合における燃料加熱に適した1-3MeVの高速電子の効率的な発生手法について研究した。これまでの研究では高速電子が高いエネルギーを持つために、燃料を加熱しないという問題があった。当該研究では、この高速電子の高エネルギー化がコーン内面のプラズマ化によるものと考えて、プラズマ生成を抑える方法が研究されてきた。プラズマ生成の要因として燃料圧縮時にコーンが破壊される可能性と加熱レーザーが持つ非圧縮パルスがメインパルス到着以前にプラズマを生成する可能性に着目した。前者に関する研究では衝撃波によりコーン内面にプラズマが生成されるタイミングを観測することでコーン破壊の前に加熱レーザーを照射することで1-3MeVの高速電子の発生効率を約3倍に向上できることが示された。また、後者では、非圧縮パルスを除去する機能を持つプラズマミラーをLFEXレーザーへ初めて導入することでkJ級レーザーではこれまで達成されていない1/100000000000という高いコントラストを実現した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、低温化した高速電子を高密度プラズマに入射させ、核融合燃焼を起す実験を行う。今後は、共同研究者と共に燃料の高密度化にも注力し、プラズマの加熱効率を評価する。圧縮レーザーの波形を最適化することで燃料を圧縮する衝撃波の伝播時刻を調整し高密度プラズマを生成する。
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Research Products
(6 results)
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[Journal Article] Development of Compton X-ray spectrometer for high energy resolution single-shot high-flux hard X-ray spectroscopy2016
Author(s)
Sadaoki Kojima, Takahito Ikenouchi, Yasunobu Arikawa, Shohei Sakata, Zhe Zhang, Yuki Abe, Mitsuo Nakai, Hiroaki Nihsimura, Hiroyuki Shiraga, Tetsuo Ozaki, Shuji Miyamoto, Masashi Yamaguchi, Akinori Takemoto, Shinsuke Fujioka and Hiroshi Azechi
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Journal Title
Review of Scientific Instruments
Volume: 87
Pages: 043502
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] OPTIMIZATION OF CONE WALL THICKNESS TO REDUCE HIGH ENERGY ELECTRON GENERATION FOR FAST-IGNITION SCHEME2015
Author(s)
S. Kojima, Y.Arikawa, Y. Hironaka, K.Shigemori, S.Sakata, S. H. Lee, K. Matsuo, K.F.F. Law, S. Tosaki, A. Morace, X. Vaisseau, T. Ozaki, Z. Zhang, H. Sawada, A. Yogo, H. Shiraga, H. Nishimura, M. Nakai, M. Hata, T. Johzaki, A. Sunahara, H. Nagatomo, S. Fujioka and H.Azechi
Organizer
57th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
Place of Presentation
米国ジュージア州
Year and Date
2015-11-20 – 2015-11-20
Int'l Joint Research
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[Presentation] ENERGY DISTRIBUTION OF FAST ELECTRONS GENERATED WITH RELATIVISTIC INTENSITY LASER DEPENDING ON PULSE DURATION2015
Author(s)
S. Kojima, Y. Arikawa, M. Hata, A. Morace, S. Fujioka, A. Yogo, S. Sakata, Z. Zhang, T. Ikenouchi, S. Tosaki, T. Gawa, Y. Taguchi, S.H. Lee, K. Matsuo, Y. Abe, H. Nagatomo, M. Nakai, H. Nishimura, H. Shiraga, A. Sunahara, T. Johzaki, T. Ozaki et al.
Organizer
The 9th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications (IFSA2015)
Place of Presentation
米国シアトル
Year and Date
2015-09-20 – 2015-09-25
Int'l Joint Research
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