磁場核融合とレーザー核融合の比較ILE,OsakaILE,Osaka

レンズレーザー

核融合プラズマ

磁力線

コイル（電流）

磁場核融合 レーザー核融合

固体密度の10 億分の１燃料直径：10 ｍ定常炉

日本原子力研究開発機構、核融合科学研究所、ITER国際核融合エネルギー機構他

固体密度の1000倍燃料直径： ｍｍパルス炉

大阪大学、ローレンス・リバモア米国立研究所仏国原子力庁他

核融合プラズマ

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爆縮と点火 －中心点火と我が国発の高速点火－

中心点火（従来方式）

高速点火（新方式）

ガイドコーン

点火レーザー

燃料を多数の強力なレーザーを照射することで圧縮（爆縮）し、中心にできる高温プラズマで核融合反応を起こす

従来の中心点火に必要なレーザーエネルギーの１／１０で核融合点火を起こすことができる．

容器

燃料

爆縮レーザー

コンパクトな高速点火がレーザー核融合エネルギー開発を大きく加速

急激な圧縮で高温になり自然着火

ディーゼルエンジン

ガソリンエンジン

点火プラグ

点火プラグで電気的に点火→小型化

圧縮点火

燃焼

圧縮 点火 燃焼

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・炉内に燃料ペレットを打ち込み、レーザー光を照射・これを一秒間に数回繰り返す。・この反応により生じたエネルギーでタービンを回転させ電力を得る。

レーザー核融合実験炉 LIFT

レーザー核融合実験炉 LIFT

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我が国の現状～高速点火実証実験FIREX Fast Ignition Realization EXperiment

FIREX-I 点火温度への加熱FIREX-II 点火の実証

これまでに１千万度までの加熱を実証．点火温度（５千万度）への見通しを得た．

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増幅

パルス圧縮

チャープパルス増幅

空間

59

92 cm

World largest high precision grating

加熱レーザーの心臓部：大型精密回折格子

ナノの精度をメートルサイズまで拡張

59

92 cm

575 nm

World largest high precision grating

パルス伸長

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LFEX パルス圧縮システム

Interaction chamber

SM1

SM2

M2

M7

M7M6

M4

M3

M9

M-10M1

Grating 2

Grating 1Monitor 1

Monitor 3Off axis parabola mirror

M5

SiO2HfO2SiO2HfO2

0.575 µm

2014年度に全4ビームの調整を終える予定6/23

FIREX-I：中性子発生数とイオン温度

５千万度加熱への障害は結合効率の低下の可能性

中性子発生数 イオン温度

● 2009 1ps● 2009 5ps

● 2009 1ps● 2009 5ps

★ 2010 exp’t● 2002 results

プレ

パル

ス抑

制

中性子発生数，イオン温度ともに2002年の記録を確認・凌駕.

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結合効率低下の可能性

加熱レーザー

核融合燃料コーン

高速電子が「発散する」レーザー強度が上がると、高速電子は大きな発散角( (> 100 deg.)を持ち、核融合燃料に当たらない。高速電子が「止まらない」レーザー強度が上がると、高速電子のエネルギーが上昇し、核融合燃料で止まらない。高速電子が「閉じこもる」加熱に有効な中程度のエネルギーの電子は、コーンで減速・散乱を受け、出て来れない。

✓

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I

I

Bz 爆縮による磁場の増強

PIC予測：高速電子のコリメーション

BZ = 0 T BZ = 10 kTBZ = 1 kT

z

BZ BZ BZ

テキスト

B

Au cone

Coil

B

Implosion

１ｋ T 10 kT

世界最強度の１．５キロテスラ磁場を実現

高強度磁場による電子収束

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中心

1

爆縮レーザー

加熱レーザー

低 hν 高 hν

20.9 deg.

69.0 deg.77.6 deg.

外部磁場無し 外部磁場有り

電流

前方の電子増加

高強度磁場による電子収束

q

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Landau quantization Laser ECR heating

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 201013

1014

1015

1016

1017

1018

f (E)

[a.u

.]

Energy [MeV]

External Bx w/o 1kT 3kT 10kT

rc ~ λde Broglie

E = n wc = n eBm

ωC ~ ωL

Magnetized material scienceRelativistic/e-e+ plasma confinement

e+

e+e+

e+

e-

e- e- e-

e-

Au

LFEX

高強度磁場が拓く科学のフロンティア

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