Establishment of efficient core heating by Resistive field guiding of fast electron beam in fast ignition laser fusion

快点火激光聚变中快速电子束电阻场引导建立高效堆芯加热

• 批准号: 20H01886
• 负责人: 城崎 知至
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H01886/
• 关键词: レーザー核融合; 高速点火方式; 抵抗性磁場ガイド; 高速点火レーザー核融合; 相対論電子ビーム; コア加熱; 抵抗性磁場; 高速点火

本研究は、大発散角を持つレーザー生成相対論電子ビームを加熱対象物まで誘導する方式として、抵抗率の異なる物質間を高速電子ビームが輸送された際に生じる自己生成磁場を用いた、抵抗性磁場ガイド法の、数値シミュレーションに特性評価と実験による実証に基づいた手法の確立を目的とする。2021年度の研究実績は下記のとおりである。① 初年度実施した平板ターゲットによる要素実験対象シミュレーション(CHを母材としガイド材をNiとし、レーザー強度をパラメータとした計算）について、ガイド材をAlとした計算を追加し、レーザー強度に応じて適切なガイド材配置があること（1e18W/cm2程度以下ではCHの外にガイド材を配し、1e19W/cm2を超える高強度では中心伝播領域にガイド材を配した場合にガイド効果が生じる）、高強度条件ではAlよりも高ZなNiの方がガイド効果が高いことを明らかにした。また、外部印加磁場ガイド法との比較を行い、抵抗性磁場ガイド法が0.3kT程度の外部磁場ガイド法と同等の効果を有することを示した。これらの成果は学会で発表するとともに、学術雑誌に論文として発表した（T. Johzaki et al., Phys. Plasmas 29, 112707 (2022)）。② プラズマミラーとレーザーガイディングコーンを導入した実験を行った結果、プラズマミラー導入によるプレパルス除去には成功したが、一方でレーザー強度低下を招くこととなり、1e19W/cm2を超える高強度条件での実験はできなかった。低強度で予測されたNiを電子ビーム伝播領域外に配した場合にガイド効果が見られた。また、コーンによるレーザー集光とみられる効果が観測された。実験結果については現在解析を進めている。

在这项研究中，我们的目的是利用高速电子束在不同电阻率的材料之间传输时产生的自生磁场，将具有大发散角的激光产生的相对论电子束引导到加热物体上。本研究的目的是建立一种基于数值模拟、特性评估和实验验证的磁场制导方法。 2021年的研究结果如下。 ①关于第一年使用平板靶进行的元素实验模拟（以CH为母材、Ni为引导材料、激光强度为参数的计算），增加了以Al为引导材料的计算，并适当根据激光强度进行计算，有合适的引导材料布置。 (当在大约1e18W/cm2以下的强度下将引导材料放置在CH外部时，会产生引导效果，并且在超过1e19W/cm2的高强度下，将引导材料放置在中心传播区域中)。 Z Ni 具有较高的导向作用。此外，与外加磁场引导法进行比较，结果表明，电阻磁场引导法与约0.3kT的外部磁场引导法具有相同的效果。这些结果在一次学术会议上发表，并作为论文发表在学术期刊上（T. Johzaki et al., Phys. Plasmas 29, 112707 (2022)）。 ② 使用等离子镜和激光导锥进行实验，结果成功地通过引入等离子镜去除了预脉冲，但另一方面，这导致了激光强度的下降，因此我们得到了我无法在超过 1e19W/cm2 的高强度条件下进行实验。当镍被放置在电子束传播区域之外时，观察到引导效应，这在低强度下被预测。此外，还观察到了似乎是由于锥体激光凝结造成的效应。我们目前正在分析实验结果。

项目成果

超高コントラストレーザーによる核融合プラズマの加熱

使用超高对比度激光加热聚变等离子体

• 发表时间: 2022
• 作者: 四方諒;鈴木弘朗;亀高諄;重枝勇歩;井上寛隆;矢嶋渉;前谷光顕;田中佑一郎;西川亘;林靖彦;羽田真毅;前多裕介;瀧澤龍之介
• 通讯作者: 瀧澤龍之介

電子ビーム輸送効率向上のための抵抗性磁場ガイド法のレーザー強度・パルス長依存性評価

用于提高电子束传输效率的电阻磁场引导方法的激光强度/脉冲长度依赖性评估

• 发表时间: 2020
• 作者: 吉武佳菜;城崎知至;遠藤琢磨;金佑勁;藤岡慎介
• 通讯作者: 藤岡慎介

Monte Carlo particle collision model for qualitative analysis of neutron energy spectra from anisotropic inertial confinement fusion

用于定性分析各向异性惯性约束聚变中子能谱的蒙特卡罗粒子碰撞模型

• DOI: 10.1016/j.hedp.2020.100803
• 发表时间: 2020
• 期刊: High Energy Density Physics
• 影响因子: 1.6
• 作者: Y. Abe;T. Johzaki;A. Sunahara;Y. Arikawa;T. Ozaki;K. Ishii;R. Hanayama;S. Okihara;E. Miura;O. Komeda;S. Sakata;K. Matsuo;H. Morita;R. Takizawa;R. Mizutani;A. Iwamoto;H. Sakagami;Y. Sentoku;H. Shiraga;M. Nakai;S. Fujioka;Y. Mori;Y. Ki
• 通讯作者: Y. Ki

Dependence of resistivity gradient guiding of laser-driven relativistic electron beams on laser intensity and duration

• DOI: 10.1063/5.0101615
• 发表时间: 2022-11
• 期刊: Physics of Plasmas
• 影响因子: 2.2
• 作者: T. Johzaki;K. Yoshitake;T. Endo;W. Kim;S. Fujioka;H. Nagatomo;H. Morita;R. Takizawa;M. Takemura

テーパー型の自己生成磁場を用いた電子ビームの集束に関する実験

锥形自生磁场电子束聚焦实验

• 发表时间: 2020
• 作者: 嶽村真緒;城崎知至;藤岡慎介 他 (総著者数15名)
• 通讯作者: 藤岡慎介 他 (総著者数15名)