Development of High-quality Diamond Capsule and Application to Direct-drive Inertial Confinement Fusion

高品质金刚石胶囊的研制及其在直驱惯性约束聚变中的应用

• 批准号: 22KJ2224
• 负责人: 川崎 昂輝
• 金额: $ 2.18万
• 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: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2224/
• 关键词: ナノ多結晶ダイヤモンド; レーザー核融合; レーザープラズマ相互作用

ダイヤモンドカプセルの開発研究に関して，製作工程の改良，定量評価手法の開発・確立，そしてカプセルの爆縮実験を実施した．製作工程の改良としては，ダイヤモンド成膜の基板として用いるSi球がエッチング工程において溶け残る問題に取り組んだ．具体的には超音波振動や加熱・冷却等の加圧・減圧プロセスの導入によりエッチング性能が向上した．爆縮実験においては，定量評価したダイヤモンドカプセルに大阪大学レーザー科学研究所の所有する激光XII号レーザーを球状に照射し，アブレーション面のX線発光から爆縮軌跡を評価した．実験結果は，輻射流体シミュレーションとエラーバーの範囲内で一致し，製作したカプセルの品質，定量評価の精度が高いことが示された．またプラズマ物理に関する実験的研究として，ダイヤモンド多結晶の粒界に含有される水素成分がレーザープラズマ相互作用に及ぼす影響に着眼した実験を実施した．レーザープラズマ相互作用には，様々なエネルギーの吸収機構が存在する．その中でも，誘導ラマン散乱（SRS）及び二電子崩壊不安定性（TPD）は電子プラズマ波を生成することにより，高いエネルギーを有する高速電子を顕著に発生させるため，それらを制御することは非常に重要な課題である．基礎的なデータを得るために，水素含有率が高いポリエチレン（66 at%）と水素を含まない（無視できる）単結晶ダイヤモンドにレーザーを照射して，誘導ラマン散乱（SRS）及び二電子崩壊不安定性（TPD）の情報を散乱光計測により取得した．水素を含むポリエチレンにおいて，優位にSRS・TPDが顕著になることが明らかになった．詳細なメカニズムに関しては現在輻射流体シミュレーションを用いた解析を進めている．

关于钻石胶囊的开发和研究，我们改善了生产过程，开发和建立了定量评估方法，并进行了胶囊内爆实验。作为制造过程的改进，我们解决了SI球用作钻石沉积底物的问题。具体而言，通过引入压力和降压过程，例如超声振动，加热和冷却，可以提高蚀刻性能。在内爆实验中，通过大阪大学激光科学研究所拥有的发光XII激光的球形形状进行了定量评估的钻石胶囊，并根据消融表面上的X射线发射进行了内爆轨迹。实验结果与辐射流体仿真和误差线范围相匹配，表明制造的胶囊的质量和定量评估的准确性很高。此外，作为对血浆物理学的实验研究，我们进行了一个实验，重点是钻石多晶晶体中包含的氢成分对激光血浆相互作用的影响。激光血浆相互作用具有各种能量吸收机制。其中，刺激的拉曼散射（SRS）和双电子衰减不稳定性（TPD）是产生电子等离子体波的最重要任务，因为高能高能电子被显着产生。为了获得基本数据，将激光辐射到具有高氢含量和无氢（负）单晶钻石的聚乙烯（66）上，并通过散射光测量获得有关刺激拉曼散射（SRS）和双电子衰变不稳定（TPD）的信息。已经揭示了SRS和TPD在含有氢的聚乙烯中主要突出。目前正在使用辐射流体模拟分析详细的机制。

项目成果

Dependence of Hot Electron Generation on Hydrogen Concentration of Target Materials for Shock Ignition Scheme of Direct-Drive Inertial Confinement Fusion

直驱惯性约束聚变冲击点火方案热电子产生对靶材氢浓度的依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Kawasaki;S. Matsuo;T. Idesaka;Y. Hironaka;D. Tanaka;H. Nagatomo;M. Hata;R. Takizawa;S. Fujioka;A. Yogo;Y. Sentoku;Y. Arikawa;N. Ozaki;R. Kodama;K. Katagiri;K. Mima;T. Mori;T. Jozaki;H. Yamada;D. Batani;G. Cristoforetti;and K. Shige
• 通讯作者: and K. Shige

Ultrahigh Pressure Creation by Hot Electron-Assisted Laser Ablation

通过热电子辅助激光烧蚀产生超高压

• 发表时间: 2022
• 作者: K.Kawasaki;Y. Hironaka;D.anaka;T.Idesaka;K.Yamanoi;R. Takizawa;S. Fujioka;A. Yogo;H.Nagatomo;Ya. Sentoku;Y.Arikawa;N. Ozaki;R. Kodama;K.Katagir;K. Mima;Y.Mori;T. Jozaki;H. Yamada;D.Batani;G. Cristoforetti;K.Shigemori
• 通讯作者: K.Shigemori

衝撃波点火レーザー核融合に向けたターゲット材の水素含有率による高速電子発生の制御

冲击波点火激光聚变靶材氢含量控制高速电子产生

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Kawasaki;S. Matsuo;T. Idesaka;Y. Hironaka;D. Tanaka;H. Nagatomo;M. Hata;R. Takizawa;S. Fujioka;A. Yogo;Y. Sentoku;Y. Arikawa;N. Ozaki;R. Kodama;K. Katagiri;K. Mima;T. Mori;T. Jozaki;H. Yamada;D. Batani;G. Cristoforetti;and K. Shige;川﨑昂輝，弘中陽一郎，田中大裕，井手坂朋幸，瀧澤龍之介，藤岡慎介，余語覚文，長友英夫，千徳靖彦，有川安信，尾崎典雅，兒玉了祐，片桐健登，三間圀興，城崎知至，森芳孝，山田英明，G. Cristoforetti，D. Batani，重森啓介;川﨑昂輝，弘中陽一郎，田中大裕，井手坂朋幸，瀧澤龍之介，藤岡慎介，余語覚文，長友英夫，千徳靖彦，有川安信，尾崎典雅，兒玉了祐，片桐健登，三間圀興，城崎知至，森芳孝，山田英明，G. Cristoforetti，D. Batani，重森啓介
• 通讯作者: 川﨑昂輝，弘中陽一郎，田中大裕，井手坂朋幸，瀧澤龍之介，藤岡慎介，余語覚文，長友英夫，千徳靖彦，有川安信，尾崎典雅，兒玉了祐，片桐健登，三間圀興，城崎知至，森芳孝，山田英明，G. Cristoforetti，D. Batani，重森啓介

Fabrication of nanocrystalline diamond capsules by hot-filament chemical vapor deposition for direct-drive inertial confinement fusion experiments

• DOI: 10.1016/j.diamond.2023.109896
• 发表时间: 2023-05
• 期刊: Diamond and Related Materials
• 影响因子: 4.1
• 作者: K. Kawasaki;H. Yamada;H. Nagatomo;Y. Hironaka;K. Yamanoi;D. Tanaka;T. Idesaka;Y. Mokuno;A. Chayahara;T. Shimaoka;K. Mima;T. Somekawa;M. Tsukamoto;Y. Sato;A. Iwamoto;K. Shigemori

Fabrication of Diamond Capsule and Implosion Experiments

金刚石胶囊的制作和内爆实验

• 发表时间: 2022
• 作者: K.Kawasaki;H.Yamada;Y.Mokuno;A.Chayahara;T.Shimaoka;Y.Sato;M.Tsukamoto;T.Somekawa;H. Nagatomo;K. Mima;Y.Hironaka;K.Yamanoi;D.Tanaka;T.Idesaka;and K.Shigemori
• 通讯作者: and K.Shigemori