高密度レーザー爆縮の実現に向けたプラズマ密度構造制御に関する研究

实现高密度激光内爆的等离子体密度结构控制研究

• 批准号: 03J04007
• 负责人: 藤岡 慎介
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J04007/
• 关键词: レーザー核融合; 流体不安定性; 輻射エネルギー輸送; レイリー・テイラー不安定性

高密度レーザー核融合の実現にとって、極めて重要な研究課題はレイリー・テイラー不安定性(以下RT不安定性)を抑制する手法を確立することである。本研究員はレイリー・テイラー不安定性の抑制法として、レーザー核融合燃料ターゲットの表面層に高原子番号物質をドープするという斬新な手法を提案した。核融合ターゲット内部に高原子番号物質を混ぜることで、ターゲット内部でのエネルギー輸送媒体としてX線が支配的となり、ターゲットは主にX線で駆動されるようになる。輻射によるターゲット駆動は、レーザー直接駆動と比べ流体力学的に安定であり、RT不安定性の抑制が期待される。ターゲットとしては臭素置換したポリスチレンを用い、高原子番号物質ドープによるRT不安定性の安定化の実験的検証を行った。実験は大阪大学レーザー核融合研究センターの激光XII号レーザー装置を用いて行った。ターゲット表面に正弦波擾乱(波長20及び50μm、振幅ともに0.2μm)をあらかじめ加工したターゲットを用い、レーザー照射により加速されたターゲットを背面及び側面からX線でバックライトし、レイリー・テイラー不安定性により擾乱が成長する様子を空間・時間分解計測した。背面からX線バックライトすることで、X線の透過方向に積算されたターゲット質量の空間的な変調(面密度擾乱)を観測できる。擾乱波長20及び50μmともに顕著な安定化が確認され、特に図1に示すとおり20μmの擾乱に関しては強烈な安定化が起こっていることが実証された。また、新しい試みとして、側面からのX線バックライトを行い、ターゲット表面の擾乱の振幅の直接計測を行った。空間分解能2μm程度を有するフレネル・ゾーン・プレートをX線結像光学素子として用い、わずか数μm程度に成長が抑制された擾乱振幅を観測し、RT不安定性の抑制効果を直接的に実証することに成功した。

实现高密度激光聚变的一个极其重要的研究课题是建立抑制瑞利-泰勒不稳定性（以下简称RT不稳定性）的方法。该研究人员提出了一种通过在激光聚变燃料靶的表面层掺杂高原子序数材料来抑制瑞利-泰勒不稳定性的新方法。通过在聚变靶内混合高原子序数材料，X射线成为靶内的主要能量传输介质，并且靶主要由X射线驱动。通过辐射驱动的目标在流体动力学上比直接激光驱动更稳定，并且有望抑制 RT 不稳定性。我们以溴取代聚苯乙烯为靶材，实验验证了通过掺杂高原子序数物质来稳定RT不稳定性。该实验是使用大阪大学激光聚变研究中心的 Gekiko XII 激光装置进行的。使用预先在靶表面加工出正弦扰动的靶（波长20μm和50μm，振幅均为0.2μm），通过激光照射加速靶，从背面和侧面用X射线进行背光照射扰动的增长是通过空间和时间分辨率来测量的。通过从背面用X射线对物体进行背光照射，可以观察在X射线透射方向上累积的目标质量的空间调制（面密度扰动）。在20μm和50μm的扰动波长下都确认了显着的稳定性，特别是如图1所示，证明了在20μm的扰动中出现了很强的稳定性。此外，作为一种新的尝试，我们从侧面使用X射线背光来直接测量目标表面的扰动幅度。使用空间分辨率约为2μm的菲涅耳波带片作为X射线成像光学元件，观察到扰动振幅的增长被抑制到几μm，直接证明了抑制RT不稳定性的效果。

项目成果

藤岡慎介他: "Side-on measurement of hydrodynamics of laser-driven plasmas with high space- and time-resolution imaging technique"Review of Scientific Instruments. 74. 2198 (2003)

Shinsuke Fujioka 等人：“利用高空间和时间分辨率成像技术对激光驱动等离子体的流体动力学进行侧面测量”科学仪器评论 74. 2198 (2003)。

藤岡慎介他: "Suppression of Rayleigh-Taylor instability due to radiative ablation in brominated plastic targets"Physics of Plasmas. 11(掲載予定). (2004)

Shinsuke Fujioka 等人：“由于溴化塑料靶材中的辐射烧蚀而抑制瑞利-泰勒不稳定性”，《等离子体物理学》11（待出版）。

藤岡慎介他: "First observation of density profile in directly laser -driven polystyrene targets for ablative Rayleigh-Taylor instability"Physics of Plasmas. 10. 4784 (2003)

Shinsuke Fujioka 等人：“首次观察直接激光驱动的聚苯乙烯靶材烧蚀瑞利-泰勒不稳定性的密度分布”，《等离子体物理学》10. 4784 (2003)。

藤岡慎介他: "Suppression of the Rayleigh-Taylor instability due to self-emitted radiation in a Multi-Ablation targets"Physical Review Letters. (掲載予定). (2004)

Shinsuke Fujioka 等人：“多重烧蚀目标中自发射辐射的瑞利-泰勒不稳定性的抑制”《物理评论快报》（即将出版）。