レーザー核融合ロケットの磁気ノズルに関するスケーリング則確立と最適化

激光聚变火箭磁喷管标度律的建立与优化

基本信息

批准号：
25420852
负责人：
中島秀紀
金额：
$ 3.24万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-25420852/
关键词：
核融合ロケット磁気ノズル

项目摘要

核融合は宇宙推進に非常に適している。なぜなら、核融合反応では、他の化学反応や核分裂反応に比較して、単位質量あたりに発生するエネルギーが非常に大きいため高温・高速のプラズマが容易に得られる。核融合反応で生成した膨大なエネルギーを持つプラズマを、磁気ノズルにおいて磁場との相互作用を利用し（固体壁との相互作用無く）運動方向を変えることにより，推力を得ることが出来る。従って、従来の推進機では不可能な、高い排出速度（即ち高い比推力）と大きな比出力を同時に達成可能であり、核融合プラズマを利用した宇宙推進システム(ロケット)は、画期的な高速推進システムとして非常に有望である。磁気ノズルにおいては、磁場がバネの役割をし、プラズマを跳ね返し、放出することによって、推力が発生すると考えられている。磁気ノズル中のプラズマ挙動に関して、我々は長年にわたり数値解析により解明してきた。また、実験による原理実証を通しても解明する努力を続け、ようやく大阪大学レーザーエネルギー学研究センター（レーザー研）の装置（激光）を用いて、磁気ノズル中のプラズマ挙動について模擬実験（レーザー生成プラズマを使用）を行い、世界に先駆けてスラスト・スタンドにより推力を直接的に評価し、磁気ノズルが実際に働くことを証明した。残された課題は、実用機にいたる設計の指針となるスケーリング則を確立すること、また、推進効率の大きな最適な磁気ノズル形状を探ることである。残された課題は、我々のこれまでの実験を発展させて、最終的には、実用機にいたる設計の指針となるスケーリング則を確立すること、また、推進効率の大きな最適な磁気ノズル形状を探ることである。本年度は、激光装置を用いて、磁場中でのプラズマ挙動を観測した。磁場強度が強くなるにつれ、プラズマ膨張が押しとどめられるのを明確にした。この成果は、現在論文化の作業中である。

核融合非常适合太空推进。这是因为在核融合反应中，与其他化学反应和核裂变反应相比，每单位质量产生的能量非常大，因此可以轻松获得高温和高速血浆。可以通过通过利用与磁性喷嘴中的磁场的相互作用（不与实心壁相互作用）来改变血浆与核融合反应中产生的巨大能量的运动方向来获得推力。因此，可以同时实现高排放速度（即高特异性推力）和高特异性功率，而传统推进机和使用核融合等离子体的空间推进系统（火箭）是不可能的，因为这是突破性的高速推进系统，这是极其有希望的。在磁性喷嘴中，据信磁场充当弹簧，并且推力是通过弹跳和弹出等离子体产生的。多年来，通过数值分析，我们一直在阐明磁性喷嘴中的血浆行为。此外，我们继续努力通过实验演示来阐明原理，最后进行了模拟实验（使用激光生成的等离子体）对使用大阪大学激光能源研究中心（Laser Research Institute）的磁性喷嘴中的等离子体行为进行了磁性喷嘴（激光研究所）的磁性喷嘴的行为，实际上是在世界上进行了启示，并没有将动力置于策略中。剩下的挑战是建立指导实用机器设计的缩放规则，并以高推进效率探索最佳的磁性喷嘴形状。剩下的挑战是开发我们以前的实验，并最终建立规模规则，以指导实用机器的设计，并以高推进效率探索最佳的磁性喷嘴形状。今年，使用发光装置观察到磁场中的血浆行为。已经明确表明，随着磁场强度的增加，血浆膨胀被抑制。该结果目前正在理论文化上。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Analysis of Plasma Behavior in a Magnetic Thrust Chamber

磁推力室中等离子体行为的分析

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
Saito;N. et al.
通讯作者：
N. et al.

Acceleration of Miniature Targets by Kilo-Tesla Magnetic Field

千特斯拉磁场对微型目标的加速

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
Transactions of the JSASS / Aerospace Technology Japan
影响因子：
0
作者：
N. Saito;et al
通讯作者：
et al

Effect of Magnetic Field Strength on a Magnetic Thrust Chamber System

磁场强度对磁推力室系统的影响

DOI：
10.2514/1.b34911
发表时间：
2013
期刊：
Journal of Propulsion and Power
影响因子：
1.9
作者：
Akihiro Maeno;Tomoyuki Hinaga;Naoji Yamamoto;Atsushi Sunahara;Shinsuke Fujioka;Hideki Nakasima
通讯作者：
Hideki Nakasima

Study of the Plasma Behavior in One-Tesla Magnetic Field

一特斯拉磁场中等离子体行为的研究