変分原理による安定爆縮のための爆縮軌跡最適化と高利得ターゲット設計

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560714
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 村上 匡且 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 助教授 (80192772)
• Keywords: レーザー核融合 / 爆縮 / 理論・シミュレーション / 変分原理 / 低エントロピー圧縮 / テーラードパルス

Research Abstract

慣性核融合においてはRayleigh-Taylor不安定性(以下、RT不安定性)の抑制は、高一様性爆縮、ひいては高利得達成のために必要不可欠な最大要件の一つである。本研究は、次の研究プロセスに基づいて実施される。
(1)レーザー照射から最大圧縮に至る一連の爆縮過程における、トータルのRT成長量を最少にするための重力加速度の時間発展、即ち最適な爆縮軌跡を決定する。
(2)上記の最適の爆縮軌跡を実現するためのレーザーの時間波形を、刻々と変化するプラズマと入射レーザーとの相互作用から決まる吸収率をセルフコンシステントに取り扱いながら決定する。
(3)こうして求まるレーザーパルス波形と併せて、衝撃波による燃料予備加熱やエネルギー効率等を流体シミュレーションにより定量的に評価し、高利得をもたらすターゲット半径やアスペクト比等の具体的なパラメータ領域を決定する。
上記の研究プロセスに従い実施した初年度実績を以下にまとめる。
●理論モデルの構築
変分原理に基づき、任意の爆縮に対して初期と最終の半径および速度を与えた拘束条件の下で、RT不安定性成長率(既知)の時間積分を極小値にするような爆縮カーブを決定した。この際、シェルのアスペクト比、最終的に残存するペイロードの質量等が外部変数となる。
●シミュレーションプログラムの開発
燃料ペレットの爆縮運動を計算するため、レーザー吸収、質量噴出、熱伝導等のキーとなる物理効果を入れた1次元流体シミュレーションコードを開発した。
●理論モデル予測の検証
開発したシミュレーションコードを使い、まずレーザー吸収をオフにした状態で流体不安定性を最小にする加速度の時間発展、すなわち爆縮軌跡を決定し、理論モデルの予測を検証を図ると共に必要に応じてモデルの修正を行った。