2012 Fiscal Year Annual Research Report
高速点火レーザー核融合に向けた高速電子エネルギー分布の時間発展計測
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23360412
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
羽原 英明 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60397734)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藪内 俊毅 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20397772)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 高速点火 / 高エネルギー電子 / チェレンコフ光 / 特性X線 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、高速点火方式レーザー核融合におけるプラズマ加熱の重要な課題である、高強度レーザーと物質との相互作用により生成する相対論的高エネルギー密度電子流の空間・時間発展を、物質内で荷電粒子が放出するチェレンコフ光による“その場”計測を行うことある。本年度は昨年度考案した、より低エネルギー電子を計測するためのシリコンターゲットを用いた赤外線領域でのチェレンコフ光発光計測を、インド・タタ基礎科学研究所にて共同実験を行った。実験はH24年12月からH25年1月に渡り行われ、厚さ20µm及び50µmのシリコン板に10TWレーザーを照射し、裏面より発光計測を行った。チェレンコフ光と思わしき発光と、それに引き続いた熱放射とおもわれる発光を観測することに成功し、現在データ解析中である。さらに、シリコンで計測できる電子エネルギーが数10keVの領域であり、そのため今までプラズマ内部での高速電子の情報を計測するために行われてきた、特性X線のイメージング計測と直接比較することが可能となってきたため、アメリカ・カリフォルニア州立大学サンディエゴ校のF.Beg教授らのグループと共同で特性X線画像計測のための実験を大阪大学レーザーエネルギー学研究センターの激光レーザーを用いて行った。銅イオンが1.6%添付された重水素化プラスチックターゲットを高エネルギーレーザーで爆縮し、そこに高強度レーザーを照射することで高速電子を生成し、プラズマ中での高速電子の伝搬を電子が銅イオンと相互作用する際生成する銅Kα線の画像計測を行った。爆縮時に強い連続X線が放出され、伝搬の様子が計測できなかったが、爆縮コアが高速電子によって叩かれている事を初めて明らかにし、詳細はデータ解析中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度実施予定だったプリズムターゲットを用いた実験は、ターゲットを用意してインド・タタ基礎科学研究所に運び込んだが、時間の都合で来年度の実施となった。本年度はそれよりも新しいアイデアである、数10keVという低エネルギー電子を直接計測することが可能となるシリコンターゲットを用いたチェレンコフ光計測を実施し、それと思わしき信号を計測することに成功した。この計測が成功すると、今まである仮定の下で行われてきた銅特性X線計測と直接比較することが可能となり、本研究を推進することでその計測方法に対しても校正を行うことが可能となり、固体・プラズマ内部の高速電子伝搬計測に対して多大な貢献をすることが期待できる。またそのために銅特性X線画像計測器を整備し、大阪大学レーザーエネルギー学研究センター、英国ラザフォード研究所、フランス・エコールポリテクニク、米国ロチェスター大学との国際共同実験を行い、特性X線画像の取得に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
H25年度は前年度の積み残しであるプリズムターゲット実験を実施すると伴に、引き続きシリコンターゲットを用いた実験、特性X線計測実験を実施する。プリズムターゲット実験は当初予定していた、伝搬距離を変化させてチェレンコフ光を計測するとともに、インド側研究者が得意とする磁場計測、特にコットン・ムートン効果による偏光回転計測や、シャドウグラムや干渉計測による密度計測などを行い、高エネルギー電子のターゲット中の振る舞いを総合的に判断する。シリコンターゲットを用いた実験は、シリコンでプリズム型ターゲット作成を試み、レーザープラズマ相互作用で生成される他の放射と用意に分離出来るような計測を行い、正確なエネルギー分布を計測する。同時に銅特性X線画像を計測してチェレンコフ計測との比較を行うことで妥当性を議論する。また銅ワイヤ付き金コーンや銅イオン添付重水素化プラスチックシェルを用いた大型実験を引き続き実施し、構成済みの特性X線計測を適用することで高速点火研究に貢献する。
またこれらの実験結果を踏まえ、プラズマ中の高エネルギー電子流の振る舞いを記述する相対論的流体力学を理解し、それに基づく計算機コードを作成し、実験との詳細な比較を行う。特に粒子コードを用いて実験結果の再現を目指し、実空間スケールでの計算を行うため、並列化計算を行い、大阪大学サイバーメディアセンター、核融合科学研究所のプラズマシミュレータなどを用いて大規模計算が出来るようなコードの開発・実施を行う。
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