レーザーとクラスターの相互作用を用いたテーブルトップパルス中性子源に関する研究

激光-团簇相互作用台式脉冲中子源研究

基本信息

批准号：
14780378
负责人：
森道昭
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Japan Atomic Energy Agency (2003)University of Tsukuba (2002)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、特に中性子発生と密接な関係のある、レーザークラスター相互作用による高速プロトン発生について研究を進めた。プロトンを含む被加速イオンのエネルギーは阪大の西原らのモデル(クーロン爆発モデル)から、クラスター径の2乗に比例し、ピーク出力100TW級のレーザーシステムと組み合わせることでMeV級の高速イオンが発生可能であることが示されている。当然、このMeV級の重水素イオンを発生させる事ができれば、現状のイオン温度(〜8keV)から2桁程度核融合反応レートを向上させることができ、その結果中性子の高輝度や、さらに核変換等の旧来のテーブルトップレーザーを用いた放射線発生からさらに踏み込んだ研究が期待できると考えられる。しかし、特に水素において巨大クラスターの生成は、技術的に難しい問題がある。これは、クラスター形成に気体の断熱膨張を用いる為で、沸点・凝固点が非常に低い水素では液体窒素等でガスを予備冷却した場合でも高々10nmのクラスターしか生成できない技術的な問題を有している。本年度の研究は、水素化合物を用いることでこの沸点・凝固点が低い問題をクリアし、100ナノメートル級の巨大クラスターを生成させ、高輝度中性子源の開発に向けた高速プロトン発生についてその実証と物理機構の解明に向けて研究を進めた。その結果、100TWレーザー照射実験を通じ、最大100keVを越える高速プロトンを検出し、水素化合物を用いる有用性を明らかにするとともに、さらに平均プラズマ密度を高めることでさらに高いエネルギーが期待できる事を明らかにした。

今年，我们开展了通过激光团簇相互作用产生高速质子的研究，这与中子的产生密切相关。根据大阪大学西原等人的模型（库仑爆炸模型），包括质子在内的加速离子的能量与团簇直径的平方成正比，当与峰值输出为100 TW级的激光系统结合时，产生 MeV 级快离子已被证明是可能的。当然，如果能够产生这种MeV级的氘离子，就有可能将聚变反应速率比目前的离子温度（~8keV）提高约两个数量级，从而产生高中子亮度和核能。人们认为，我们可以期待对使用传统台式激光器（例如）的辐射产生进行进一步的研究。然而，巨型团簇的产生，尤其是氢，在技术上是困难的。这是因为气体的绝热膨胀是用来形成团簇的，而对于沸点和凝固点都非常低的氢气来说，存在一个技术问题，即即使用液氮对气体进行预冷，也只能形成团簇。可以形成10nm的尺寸。今年的研究将通过利用氢化合物解决低沸点和凝固点的问题，生成100纳米的巨大团簇，并为开发高亮度中子源进行快速质子产生的演示和物理研究。阐明机制。结果，通过100TW激光照射实验，我们检测到了最大超过100keV的高速质子，阐明了使用氢化合物的有用性，并揭示了通过进一步提高平均等离子体密度可以期待更高的能量。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

M.Mori, E.Takahashi, T.Shiraishi, S.Taki, K.Kondo: "Inertial Fusion Sciences and Applications(IFSA) 2001(国際会議IFSA2001のプロシーディング集、論文ページ:890-894)"K.A.Tanaka, D.D.Msyerhofer, and J.Meyer-ter-fehn. 1276 (2002)

M.Mori、E.Takahashi、T.Shiraishi、S.Taki、K.Kondo：“惯性聚变科学与应用 (IFSA) 2001（IFSA2001 国际会议记录，论文页数：890-894）” K.A.Tanaka、D.D. Msyerhofer ，和 J.迈耶-特-费恩 1276 (2002)。