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．

在金刚石胶囊的研发方面，我们改进了制造工艺，开发建立了定量评价方法，并进行了胶囊内爆实验。为了改进制造工艺，我们解决了用作金刚石膜形成基底的硅球在蚀刻过程中仍未溶解的问题。具体来说，通过引入超声波振动、加热和冷却等加压和减压工艺，提高了蚀刻性能。在内爆实验中，用大阪大学激光科学研究所拥有的Gekiko XII激光器对定量评估的金刚石胶囊进行球形照射，并根据烧蚀表面的X射线发射来评估内爆轨迹。实验结果与辐射流体模拟结果一致在误差条内，表明制造的胶囊质量和定量评价的准确性较高。此外，作为等离子体物理的实验研究，我们进行了重点研究金刚石多晶晶界中所含的氢成分对激光-等离子体相互作用的影响的实验。激光-等离子体相互作用中有多种能量吸收机制。其中，受激拉曼散射（SRS）和双电子衰变不稳定性（TPD）产生电子等离子体波，显着产生高能快速电子，因此控制它们是一个极其重要的问题。为了获得基础数据，用激光照射高氢含量（66 at%）的聚乙烯和不含氢（可忽略不计）的单晶金刚石，检测受激拉曼散射（SRS）和二电子衰变焦虑（TPD）。 ）信息是通过测量散射光获得的。很明显，SRS 和 TPD 在含氢聚乙烯中占主导地位。我们目前正在利用辐射流体模拟分析详细机制。

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