Investigation of heating dynamics in laser-driven fusion by ultra-fast two-dimensional x-ray imaging

通过超快二维 X 射线成像研究激光驱动聚变中的热动力学

• 批准号: 21H01064
• 负责人: 白神 宏之
• 金额: $ 9.9万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01064/
• 关键词: 超高速画像診断; 高速点火レーザー核融合; ファイバーオプトロにクス; 超高速撮影; 超短パルスレーザー; レーザー核融合; 燃焼プラズマ診断; 加熱伝搬ダイナミクス; 超高速2次元Ｘ線画像計測; 超高速画像計測; EOポリマー; 核融合燃焼波; 超高速2次元X線画像計測

本研究は、高速点火レーザー核融合において、高速加熱を行った直後に加熱波がどのように伝搬するか、その物理機構を解明しようとするものである。核融合プラズマから放射されるX線を、超高画像分解・超高速時間分解計測することで加熱波が伝搬する様子を観測することができれば、加熱波伝搬の物理機構が解明できる。申請者らが発案した新しい手法である、Electro Optical Polymer (EOP)を取り付けた光ファイバー装置と、チャープパルスレーザーと分光器を用いた計測手法を導入することでこれが実現される。研究のステップは、1.シングルチャンネルによる5ピコ秒の超高速計測を開発し実証すること、2.画像分解・時間分解計測を開発し実証すること、3.核融合プラズマ加熱実験においてX線の画像時間分解計測を開発し実証すること、4.加熱波の進行を撮像し、伝搬速度や伝搬波面の様子をシミュレーション等と比較し、正しい物理機構モデルを構築することである。2022年度の成果により、大阪大学のLFEXレーザーでX線による高速応答信号を得ることに成功した。また当初計画では空間分解計測は、光学レンズによるイメージ伝送を想定した。2022年に新技術として、1本のマルチモードファイバーによる5micron級の分解能のイメージ伝送ができる手法を発案した。この手法に設計変更をおこない、すでに専門家との協議を重ね、実験装置を構築して試験を開始している。

这项研究旨在阐明快点火激光聚变中高速加热后热波如何立即传播的物理机制。如果我们能够通过以超高图像分辨率和超快时间分辨率测量聚变等离子体发射的X射线来观察热波的传播，我们将能够阐明热波传播的物理机制。这将通过引入申请人设计的新方法来实现：配备电光聚合物（EOP）的光纤装置，以及使用啁啾脉冲激光器和光谱仪的测量方法。研究步骤为： 1. 开发并演示使用单通道 5 皮秒的超高速测量， 2. 开发并演示图像分辨和时间分辨测量，以及 3. 4. 开发并演示图像时间分辨测量4. 解析测量；对热波的行进过程进行成像，并将传播速度和传播波前与模拟和其他方法进行比较，以构建正确的物理机制模型。根据2022年的结果，我们使用大阪大学的LFEX激光器成功获得了使用X射线的高速响应信号。此外，最初的计划假设空间分辨测量将涉及使用光学透镜的图像传输。 2022年，我们设计了一种新技术，可以使用单根多模光纤进行分辨率为5微米的图像传输。我们对这个方法进行了设计修改，已经咨询了专家，搭建了实验装置，并开始测试。

项目成果

Lawrence Livermore National Laboratory/Laboratory for Laser Energetics/M.I.T,(米国)

劳伦斯利弗莫尔国家实验室/激光能量实验室/麻省理工学院，（美国）

Demonstration of efficient relativistic electron acceleration by surface plasmonics with sequential target processing using high repetition lasers

使用高重复激光器进行连续目标处理，通过表面等离子体激元实现高效相对论电子加速

• DOI: 10.1103/physrevresearch.5.013062
• 发表时间: 2023
• 影响因子: 4.2
• 作者: Arikawa Yasunobu;Morace Alessio;Abe Yuki;Iwata Natsumi;Sentoku Yasuhiko;Yogo Akifumi;Matsuo Kazuki;Nakai Mitsuo;Nagatomo Hideo et al.
• 通讯作者: Nagatomo Hideo et al.

Laser-driven neutron source and nuclear resonance absorption imaging atILE, Osaka University: review

大阪大学 ILE 的激光驱动中子源和核磁共振吸收成像：回顾

• DOI: 10.1364/ao.444628
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 1.9
• 作者: Mima Kunioki;Yogo Akifumi;Mirfayzi Seyed R.;Lan Zechen;Arikawa Yasunobu;Abe Yuki;Nishimura Hiroaki
• 通讯作者: Nishimura Hiroaki

レーザー核融合燃焼計測のための超高速中性子計測器の開発

激光聚变燃烧测量超快中子测量仪的研制

• 发表时间: 2021
• 作者: 浅野将唯;有川安信;Morace; Alessio; 中井光男;中嶋誠;白神宏之
• 通讯作者: 白神宏之

電気光学ポリマーを用いたチャープパルスレーザーによる超高速シングルショット中性子計測器の開発

利用电光聚合物啁啾脉冲激光器开发超快单发中子测量仪

• 发表时间: 2021
• 作者: 浅野将唯;有川安信;中井光男;Morace Alessio; 中嶋誠;白神宏之
• 通讯作者: 白神宏之