Understanding of Plasma Detachment Phenomena in Laser Fusion Rockets

激光聚变火箭中等离子体脱离现象的理解

基本信息

批准号：
21K18176
负责人：
山本直嗣
金额：
$ 16.31万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、従来の宇宙輸送システムを一新するゲームチェンジャーとなり得る「レーザー核融合ロケット」の実現に向けて、検証実験と数値解析の相違の要因を解明することである。構築してきた数値解析と検証実験では5倍ほど数値解析で得られる力積が多く、数値解析に考慮されていない物理が存在する。その候補の一つがデタッチメント、すなわちプラズマが磁力線から離脱するかどうかである。デタッチメントは、磁気モーメント保存の破れが原因ではないかと考えられるため、実験と数値解析の両面から、定量的な検証を行い、デタッチメントの背後にある物理の解明を目指している。2021年度に得られた成果として、磁気モーメント保存の破れを検証できるように、イオンも電子も粒子として取り扱う第一原理計算を実施した。計算コストの削減のため、3次元ではなく、2次元での計算を実施したところ、イオンのみならず、電子も磁力線から離脱していく事が確認できた。これは電子もデタッチするということを実証したきわめて重要な結果である。残念ながら出力データが膨大なため、デタッチの物理は未解明のままであるため、今後データ処理を進めていく。実験からのアプローチとして、電子の速度ベクトル計測と磁場の可視化が必要であるため、二つの計測システムの検討を行った。速度ベクトルに関しては、協同トムソン散乱計測を実施したが、電子項はプラズマからの発光が強すぎて計測できなかった。今後は自発光の影響を抑制できるような計測体系への変更や、別の計測手法の採用を検討していく。磁場の可視化に関して、イオンバックライト法から磁場の再構築を試みた。イオンとしては、ペタワットレーザーを照射して生成する数MeVのプロトンを用い、RCFでプロトンの空間分布を同定し、空間分布より磁場の再構築を試みた。再構築した磁場は他の計測と矛盾せず、磁場再構築法として採用できるめどが立った。

这项研究的目的是阐明验证实验和数值分析之间差异背后的因素，以实现可能改变传统太空运输系统游戏规则的“激光聚变火箭”。在我们构建的数值分析和验证实验中，数值分析得到的冲量大约是原来的5倍，并且存在数值分析中没有考虑到的物理现象。其中之一是分离，即等离子体是否与磁场线分离。由于分离被认为是由于违反磁矩守恒定律而引起的，因此我们正在利用实验和数值分析进行定量验证，旨在阐明分离背后的物理原理。作为2021年获得的结果，我们进行了将离子和电子都视为粒子的第一性原理计算，以验证是否违反磁矩守恒定律。为了降低计算成本，在二维而非三维中进行计算，并确认不仅离子而且电子也偏离磁场线。这是一个极其重要的结果，表明电子也会分离。不幸的是，由于输出数据量巨大，分离的物理原理仍不清楚，因此数据处理将在未来继续进行。作为一种实验方法，需要测量电子速度矢量并可视化磁场，因此我们研究了两种测量系统。关于速度矢量，我们进行了合作汤姆逊散射测量，但由于等离子体的发射太强，无法测量电子项。未来，我们将考虑改变测量系统以抑制自发光的影响或采用其他测量方法。关于磁场的可视化，我们尝试使用离子背光法重建磁场。我们使用拍瓦激光照射产生的几个 MeV 质子作为离子，使用 RCF 识别质子的空间分布，并尝试从空间分布重建磁场。重建的磁场与其他测量结果一致，有望作为磁场重建方法。

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）

レーザー核融合ロケットの原理実証研究

激光聚变火箭原理验证研究

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
J. Plasma Fusion Res.
影响因子：
0
作者：
酒井政道;吉住年弘;長谷川繁彦;森田太智
通讯作者：
森田太智

Quantitative evaluation of the impulse-bit generated in a magnetic thrust chamber

磁推力室中产生的脉冲位的定量评估

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Taiki Inatomi;Taichi Morita;Naoji Yamamoto;Hideki Nakashima;Tomihiko Kojima;Eisuke Kuramoto;Masaki Ikebe;Atsushi Sunahara;Shinichi Namba;Yoshitaka Mori;Toshiyuki Ise;Kazuhiro Yagi;and Tomoyuki Johzaki
通讯作者：
and Tomoyuki Johzaki