レーザーと磁場の融合による高エネルギー密度プラズマの閉じ込めへの挑戦と応用

激光磁场聚变约束高能密度等离子体的挑战与应用

• 批准号: 21H04452
• 负责人: 岸本 泰明
• 金额: $ 26.21万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04452/
• 关键词: 高強度レーザーと物質との相互作用; 高エネルギー密度プラズマ; 自己組織化; 高強度磁場生成; プラズマの閉じ込め

本研究は、集光強度が10＾18-20 W/cm＾2 の高強度レーザーをナノ工学と材料工学の融合技術によって作製したサブマイクロメートルオーダの微細構造を有する物質（構造性ターゲット）に照射することで生成される高エネルギー密度状態のプラズマにおいて、その過程で現出するkTオーダの準定常磁場形成やTV/mオーダの準定常電場形成などの自己組織化機能や構造形成機能を制御することで、これを慣性時間を超えて長時間保持する（閉じ込める）とともに、これによって、中性子を出さない究極の核融合である陽子・ホウ素（P-B）反応の実現など、新しい応用研究を展開することを目的としている。これは、自然界にないnmオーダの人工物質と光との相互作用を制御することにより新機能を創出するメタマテリアル概念に高強度レーザー照射によって生成されるプラズマ機能を取り入れた「非線形領域のメタマテリアル科学」と位置付けられる。この着想に基づいて、これまでの関連理論・シミュレーション研究および実験研究の成果を発展させ、1）構造性ターゲットの作製：高強度レーザー照射時に目的に沿った多様な機能を創出する高エネルギー密度プラズマ生成を可能にする、方向性を有する炭素ナノチューブ（CNT）を含むサブマイクロメートルオーダの微細構造を有する構造性ターゲットの作製技術の向上・獲得に関する研究、2）レーザー照射・計測系の構築：作製した構造性ターゲットに集光強度が10＾17-19 W/cm＾2領域の高強度レーザーを多様な方向から照射可能な自由度の高い実験系と電子エネルギースペクトル（ESM）を中心として生成プラズマの計測系の構築に関する研究、3）レーザー照射実験の実施とデータ解析：上述のターゲットとレーザー照射系を用いた実験の実施と仮説を裏付ける実験データの取得を目指した研究を展開する。

本研究中聚焦光强度为10^18-20 W/cm^2将高强度激光照射到由纳米工程和材料工程融合技术创建的具有亚微米级精细结构（结构靶材）的材料所产生的高能量密度等离子体中，在此过程中，形成准准- kT量级的稳态磁场和TV/m量级的准稳态磁场的形成通过控制准稳态电场形成和结构形成函数等自组织函数，可以在超出惯性时间的很长一段时间内保持（限制）这种状态，这也使得质子能够产生，这就是最终的结果。不发射中子的核聚变。・目标是开展新的应用研究，例如实现硼（P-B）反应。这是一种“非线性区域的超材料”，它将高强度激光照射产生的等离子体功能融入到超材料概念中，通过控制纳米级人造材料与自然界中不存在的光之间的相互作用来创造新的功能。它的定位是“科学”。基于这个想法，我们迄今为止已经取得了相关理论、模拟研究和实验研究的成果：1）结构目标的制造：在高强度激光照射下根据目的产生各种功能的高能量密度等离子体。实现生成的方向研究改进和获取制造具有亚微米级微结构的结构化靶材的技术，包括具有特性的碳纳米管（CNT），2）构建激光照射和测量系统：将光聚焦在所制造的结构化靶材上，强度为10^17-19研究构建可从多个方向照射W/cm^2区域高强度激光的高度灵活的实验系统和以电子能谱（ESM）为中心的生成等离子体的测量系统；3）激光照射实验。实施和数据分析：使用上述目标和激光照射系统进行实验，并进行旨在获得实验数据以支持假设的研究。

项目成果

高強度レーザーと波長オーダの構造性ターゲットとの非線形相互作用特性

高强激光与结构目标的波长级非线性相互作用特性

• 发表时间: 2021
• 作者: 松井隆太郎;上田永樹;太田雅人;福田祐仁;坂和洋一;岸本泰明
• 通讯作者: 岸本泰明

Gyrokinetic entropy balances and dynamics in toroidal flux-driven ITG turbulence

环形通量驱动 ITG 湍流中的回旋熵平衡和动力学

• DOI: 10.1063/5.0056058
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physics of Plasmas
• 影响因子: 2.2
• 作者: Muto Mikiya;Imadera Kenji;Kishimoto Yasuaki
• 通讯作者: Kishimoto Yasuaki

高強度レーザーによる平板固体水素中での非線形波動の励起と分岐による相対論的ロケット加速

高强度激光在扁平固体氢中激发和非线性波分支的相对论火箭加速

• 发表时间: 2022
• 作者: 松井隆太郎;岸本泰明
• 通讯作者: 岸本泰明

高強度レーザー生成相対論プラズマにおける非線形波動の励起・分岐と粒子加速のトリガー

高强度激光产生的相对论等离子体中非线性波的激发/分支和触发粒子加速

• 发表时间: 2021
• 作者: 岸本泰明; 松井隆太郎; 福田祐仁; 今寺賢志
• 通讯作者: 今寺賢志

Study of internal transport barriers based on flux driven global toroidal system

基于通量驱动的全局环形系统的内部传输障碍研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Tomohiro Sasamoto;Y. Kishimoto
• 通讯作者: Y. Kishimoto