(57)【要約】【課題】ターゲットの中心部のプラズマに供給されるエネルギーを比較的に容易に制御できるようにすること。【解決手段】ターゲットシェルＴｇ１をチャンバ２に供給するターゲットシェル供給装置３と、ターゲットシェルＴｇ１の姿勢と位置を監視するターゲットシェル監視装置４と、ターゲットシェルＴｇ１に圧縮用レーザ光ＬＳ１を照射する圧縮用レーザ出力装置５ａ等と、ターゲットシェルＴｇ１に、圧縮用レーザ光ＬＳ１に続き加熱用レーザ光ＬＳ３を照射する加熱用レーザ出力装置６とを備え、ターゲットシェルＴｇ１には、中空の球殻状の形状を有し、内側には略球状の空隙Ｓｐが設けられ、外側と空隙Ｓｐとを繋ぐ少なくとも一つの貫通孔Ｈ１が設けられ、ターゲットシェルＴｇ１の外表面Ｓｆ１は、圧縮用レーザ光の照射が予定されている照射領域Ａｒ１，Ａｒ２を含む。【選択図】図１
2014081274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ核融合装置であって、
核融合反応を生じさせるターゲットシェルと、
前記ターゲットシェルが核融合反応を起こすチャンバと、
前記チャンバの内側の基準地点に前記ターゲットシェルを供給するターゲットシェル供給装置と、
前記ターゲットシェル供給装置によって前記チャンバに供給された前記ターゲットシェルの状態を監視するターゲットシェル監視装置と、
前記ターゲットシェルを圧縮するための圧縮用レーザ光を前記ターゲットシェルに向けて出力する圧縮用レーザ出力装置と、
前記ターゲットシェルを加熱するための加熱用レーザ光を前記ターゲットシェルに向けて出力する加熱用レーザ出力装置と、
前記ターゲットシェル供給装置と前記圧縮用レーザ出力装置と前記加熱用レーザ出力装置とを制御する制御装置と、
を備え、
前記ターゲットシェルは、中空の球殻状の形状を有し、
前記ターゲットシェルの内側には、前記ターゲットシェルの内表面によって画定される球状の空隙が設けられ、
前記ターゲットシェルには、前記ターゲットシェルの外側と前記ターゲットシェルの内側の前記空隙とを繋ぐ少なくとも一つの貫通孔が設けられ、
前記ターゲットシェルの外表面は、圧縮用レーザ光の照射が予定されている照射領域を含み、
前記圧縮用レーザ出力装置は、
前記ターゲットシェルを圧縮するための圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザと、
前記圧縮用レーザから出力される圧縮用レーザ光を前記ターゲットシェルの前記照射領域に向け集光する圧縮用集光光学装置と、
を有し、
前記加熱用レーザ出力装置は、
前記ターゲットシェルを加熱するための加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザと、
前記加熱用レーザから出力される加熱用レーザ光を前記ターゲットシェルの前記貫通孔に向け集光する加熱用集光光学装置と、
を有し、
前記制御装置は、
前記ターゲットシェルを前記チャンバに供給するよう前記ターゲットシェル供給装置を制御するターゲットシェル供給手段と、
前記ターゲットシェル供給手段によって供給される前記ターゲットシェルが前記基準地点に到達する到達タイミングを前記ターゲットシェル監視装置による監視結果に基づいて算出し、前記到達タイミングに基づいて、前記圧縮用レーザが圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザ光出力タイミングと、前記圧縮用レーザ光出力タイミングに続き前記加熱用レーザが加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザ光出力タイミングと、を算出するタイミング算出手段と、
前記圧縮用レーザから出力される圧縮用レーザ光が、前記タイミング算出手段によって算出された前記圧縮用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記照射領域に向けて集光されるように、前記圧縮用集光光学装置を前記ターゲットシェル監視装置による監視結果に基づいて制御し、前記加熱用レーザから出力される加熱用レーザ光が、前記タイミング算出手段によって算出された前記加熱用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記貫通孔に向けて集光されるように、前記加熱用集光光学装置を前記ターゲットシェル監視装置による監視結果に基づいて制御する集光手段と、
前記集光手段によって前記圧縮用集光光学装置と前記加熱用集光光学装置とが制御された後に、前記タイミング算出手段によって算出された前記圧縮用レーザ光出力タイミングで圧縮用レーザ光を出力するよう前記圧縮用レーザを制御し、前記タイミング算出手段によって算出された前記加熱用レーザ光出力タイミングで加熱用レーザ光を出力するよう前記加熱用レーザを制御する出力手段と、
を有する、
レーザ核融合装置。
【請求項２】
前記ターゲットシェルには、二つの前記貫通孔が設けられ、
二つの前記貫通孔は、前記ターゲットシェルの中心を通る中心軸に沿って延びており、前記中心を挟んで互いに対向している、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ核融合装置。
【請求項３】
前記ターゲットシェルは、重水素または三重水素を含む重合体である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ核融合装置。
【請求項４】
核融合生成方法であって、
核融合反応を生じさせるターゲットシェルをチャンバに供給する供給工程と、
前記供給工程の後に、前記ターゲットシェルを圧縮するための圧縮用レーザ光と圧縮後の前記ターゲットシェルを加熱するための加熱用レーザ光とを照射するための準備をする準備工程と、
前記準備工程の後に、圧縮用レーザ光と加熱用レーザ光とを順に前記ターゲットシェルに照射する照射工程と、
を備え、
前記ターゲットシェルは、中空の球殻状の形状を有し、
前記ターゲットシェルの内側には、前記ターゲットシェルの内表面によって画定される球状の空隙が設けられ、
前記ターゲットシェルには、前記ターゲットシェルの外側と前記ターゲットシェルの内側の前記空隙とを繋ぐ少なくとも一つの貫通孔が設けられ、
前記ターゲットシェルの外表面は、圧縮用レーザ光の照射が予定されている照射領域を含み、
前記準備工程は、
前記供給工程において前記チャンバに供給された前記ターゲットシェルの状態を監視しつつ、監視結果に基づいて、圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザ光出力タイミングと加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザ光出力タイミングとを算出する算出工程と、
前記監視結果に基づいて、圧縮用レーザ光が、前記圧縮用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記照射領域に向け集光されるようにし、加熱用レーザ光が、前記加熱用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記貫通孔に向け集光されるようにする集光工程と、
を有し、
前記照射工程では、
前記圧縮用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記照射領域に圧縮用レーザ光を照射し、圧縮用レーザ光の照射に続く前記加熱用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記貫通孔に加熱用レーザ光を照射する、
核融合生成方法。
【請求項５】
前記ターゲットシェルには、二つの前記貫通孔が設けられ、
二つの前記貫通孔は、前記ターゲットシェルの中心を通る中心軸に沿って延びており、前記中心を挟んで互いに対向している、
ことを特徴とする請求項４に記載の核融合生成方法。
【請求項６】
前記ターゲットシェルは、重水素または三重水素を含む重合体である、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の核融合生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ核融合装置及び核融合生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１〜３には、レーザ核融合に係る技術が開示されている。非特許文献１〜３のレーザ核融合では、球殻状のＣＤ球体に円錐状（特に、円錐の底面は開口であり、円錐の内部は空洞であり、円錐の先端は開口ではない。）の金コーンを取り付けたターゲットが用いられている。非特許文献１〜３の技術では、まず、ＣＤ球体の外表面のうち金コーンが取り付けられていない領域に圧縮用のレーザを照射することによって、ＣＤ球体を圧縮してＣＤ球体の内部においてプラズマを生成し、この圧縮の後に、金コーンの開口に向けて加熱用のレーザ光を照射し金コーンの内部において発生させる高速電子によって、ＣＤ球体の内部のプラズマを加熱する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“Fast  heating  scalable  to  laser  fusion”、R.Kodama  et al.、Nature  Vol.418  933-934（29  August  2002)
【非特許文献２】“Fast  heating  of  ultrahigh-density  plasma  as  a  step  towards  laser  fusion  ignition”、R.Kodama  etal.、Nature  Vol.412  798-802（23  August  2001)
【非特許文献３】“Fast  ignition  integrated  experiments  with  Gekkoand LFEX  lasers”、H.Shiraga  et  al.、Plasma  Physics  And  Controlled  Fusion  53（2011）124029（6pp）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１〜３の技術では、金コーンを有するターゲットに供給するエネルギーは金コーンを介してターゲットの中心部のプラズマに供給されるので、ターゲットの中心部のプラズマに実際に供給されるエネルギーを制御する場合には金コーンによる影響を考慮しなければならず、複雑となる。そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、ターゲットの中心部のプラズマに供給されるエネルギーを比較的に容易に制御できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るレーザ核融合装置は、核融合反応を生じさせるターゲットシェルと、前記ターゲットシェルが核融合反応を起こすチャンバと、前記チャンバの内側の基準地点に前記ターゲットシェルを供給するターゲットシェル供給装置と、前記ターゲットシェル供給装置によって前記チャンバに供給された前記ターゲットシェルの状態を監視するターゲットシェル監視装置と、前記ターゲットシェルを圧縮するための圧縮用レーザ光を前記ターゲットシェルに向けて出力する圧縮用レーザ出力装置と、前記ターゲットシェルを加熱するための加熱用レーザ光を前記ターゲットシェルに向けて出力する加熱用レーザ出力装置と、前記ターゲットシェル供給装置と前記圧縮用レーザ出力装置と前記加熱用レーザ出力装置とを制御する制御装置と、を備え、前記ターゲットシェルは、中空の球殻状の形状を有し、前記ターゲットシェルの内側には、前記ターゲットシェルの内表面によって画定される略球状の空隙が設けられ、前記ターゲットシェルには、前記ターゲットシェルの外側と前記ターゲットシェルの内側の前記空隙とを繋ぐ少なくとも一つの貫通孔が設けられ、前記ターゲットシェルの外表面は、圧縮用レーザ光の照射が予定されている照射領域を含み、前記圧縮用レーザ出力装置は、前記ターゲットシェルを圧縮するための圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザと、前記圧縮用レーザから出力される圧縮用レーザ光を前記ターゲットシェルの前記照射領域に向け集光する圧縮用集光光学装置と、を有し、前記加熱用レーザ出力装置は、前記ターゲットシェルを加熱するための加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザと、前記加熱用レーザから出力される加熱用レーザ光を前記ターゲットシェルの前記貫通孔に向け集光する加熱用集光光学装置と、を有し、前記制御装置は、前記ターゲットシェルを前記チャンバに供給するよう前記ターゲットシェル供給装置を制御するターゲットシェル供給手段と、前記ターゲットシェル供給手段によって供給される前記ターゲットシェルが前記基準地点に到達する到達タイミングを前記ターゲットシェル監視装置による監視結果に基づいて算出し、前記到達タイミングに基づいて、前記圧縮用レーザが圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザ光出力タイミングと、前記圧縮用レーザ光出力タイミングに続き前記加熱用レーザが加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザ光出力タイミングと、を算出するタイミング算出手段と、前記圧縮用レーザから出力される圧縮用レーザ光が、前記タイミング算出手段によって算出された前記圧縮用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記照射領域に向けて集光されるように、前記圧縮用集光光学装置を前記ターゲットシェル監視装置による監視結果に基づいて制御し、前記加熱用レーザから出力される加熱用レーザ光が、前記タイミング算出手段によって算出された前記加熱用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記貫通孔に向けて集光されるように、前記加熱用集光光学装置を前記ターゲットシェル監視装置による監視結果に基づいて制御する集光手段と、前記集光手段によって前記圧縮用集光光学装置と前記加熱用集光光学装置とが制御された後に、前記タイミング算出手段によって算出された前記圧縮用レーザ光出力タイミングで圧縮用レーザ光を出力するよう前記圧縮用レーザを制御し、前記タイミング算出手段によって算出された前記加熱用レーザ光出力タイミングで加熱用レーザ光を出力するよう前記加熱用レーザを制御する出力手段と、を有する、ことを特徴とする。
【０００６】
本発明に係るレーザ核融合装置では、核融合反応を生じさせるターゲットとして、中空の球殻状の形状を有するターゲットシェルが用いられ、ターゲットシェルは、ターゲットシェルの外側とターゲットシェルの内側の空隙とを繋ぎ加熱用レーザ光をターゲットシェルの内側の空隙に導く少なくとも一つの貫通孔が設けられ、金コーンを有さない構成を有する。従って、加熱用レーザ光は従来のような金コーンを介さずに貫通孔によってターゲットシェルの内側の空隙に直接に案内されるので、金コーンによる影響を考慮する必要が無く、ターゲットシェルの中心部のプラズマに供給されるエネルギーが容易に制御可能となる。
【０００７】
本発明に係るレーザ核融合装置では、前記ターゲットシェルには、二つの前記貫通孔が設けられ、二つの前記貫通孔は、前記ターゲットシェルの中心を通る中心軸に沿って延びており、前記中心を挟んで互いに対向している、ことを特徴とする。二つの貫通孔が対向する位置に設けられているので、一方の貫通孔からターゲットシェルの内側にレーザ光が照射された場合に、このレーザ光によって、この貫通孔の開口付近にプラズマが発生しても、このプラズマから生じる電子が、ターゲットシェルの内表面であってこの貫通孔の開口に対向する側に衝突することが無く、よって、ターゲットシェルの内側において副次的なプラズマの発生が抑制できる。
【０００８】
本発明に係るレーザ核融合装置では、前記ターゲットシェルは、重水素または三重水素を含む重合体である、ことを特徴とする。従って、ターゲットシェルは、重水素または三重水素を含むので、核融合を好適に発生させることができる。
【０００９】
本発明に係る核融合生成方法は、核融合反応を生じさせるターゲットシェルをチャンバに供給する供給工程と、前記供給工程の後に、前記ターゲットシェルを圧縮するための圧縮用レーザ光と圧縮後の前記ターゲットシェルを加熱するための加熱用レーザ光とを照射するための準備をする準備工程と、前記準備工程の後に、圧縮用レーザ光と加熱用レーザ光とを順に前記ターゲットシェルに照射する照射工程と、を備え、前記ターゲットシェルは、中空の球殻状の形状を有し、前記ターゲットシェルの内側には、前記ターゲットシェルの内表面によって画定される略球状の空隙が設けられ、前記ターゲットシェルには、前記ターゲットシェルの外側と前記ターゲットシェルの内側の前記空隙とを繋ぐ少なくとも一つの貫通孔が設けられ、前記ターゲットシェルの外表面は、圧縮用レーザ光の照射が予定されている照射領域を含み、前記準備工程は、前記供給工程において前記チャンバに供給された前記ターゲットシェルの状態を監視しつつ、監視結果に基づいて、圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザ光出力タイミングと加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザ光出力タイミングとを算出する算出工程と、前記監視結果に基づいて、圧縮用レーザ光が、前記圧縮用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記照射領域に向け集光されるようにし、加熱用レーザ光が、前記加熱用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記貫通孔に向け集光されるようにする集光工程と、を有し、前記照射工程では、前記圧縮用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記照射領域に圧縮用レーザ光を照射し、圧縮用レーザ光の照射に続く前記加熱用レーザ光出力タイミングで前記ターゲットシェルの前記貫通孔に加熱用レーザ光を照射する、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る核融合生成方法では、核融合反応を生じさせるターゲットとして、中空の球殻状の形状を有するターゲットシェルが用いられ、ターゲットシェルは、ターゲットシェルの外側とターゲットシェルの内側の空隙とを繋ぎ加熱用レーザ光をターゲットシェルの内側の空隙に導く少なくとも一つの貫通孔が設けられ、金コーンを有さない構成を有する。従って、加熱用レーザ光は従来のような金コーンを介さずに貫通孔によってターゲットシェルの内側の空隙に直接に案内されるので、金コーンによる影響を考慮する必要が無く、ターゲットシェルの中心部のプラズマに供給されるエネルギーが容易に制御可能となる。
【００１１】
本発明に係る核融合生成方法では、前記ターゲットシェルには、二つの前記貫通孔が設けられ、二つの前記貫通孔は、前記ターゲットシェルの中心を通る中心軸に沿って延びており、前記中心を挟んで互いに対向している、ことを特徴とする。二つの貫通孔が対向する位置に設けられているので、一方の貫通孔からターゲットシェルの内側にレーザ光が照射された場合に、このレーザ光によって、この貫通孔の開口付近にプラズマが発生しても、このプラズマから生じる電子が、ターゲットシェルの内表面であってこの貫通孔の開口に対向する側に衝突することが無く、よって、ターゲットシェルの内側において副次的なプラズマの発生が抑制できる。
【００１２】
本発明に係る核融合生成方法では、前記ターゲットシェルは、重水素または三重水素を含む重合体である、ことを特徴とする。従って、重水素または三重水素を含むので、核融合を好適に発生させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ターゲットの中心部のプラズマに供給されるエネルギーを比較的に容易に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係るレーザ核融合装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る圧縮用レーザと加熱用レーザとの構成を示す図である。
【図３】実施形態に係る制御装置の機能的な構成を示す図である。
【図４】実施形態に係るターゲットシェルの構成を示す図である。
【図５】実施形態に係るターゲットシェルの他の構成を示す図である。
【図６】実施形態に係る核融合生成方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】実施形態に係る核融合生成方法において、ターゲットシェルを圧縮し加熱する態様を説明するための図である。
【図８】実施形態に係る核融合生成方法において、ターゲットシェルが圧縮され加熱される態様を示す図である。
【図９】実施例の効果を説明するための図である。
【図１０】実施形態に係るターゲットシェルと従来の金コーン付きターゲットとにおけるプラズマの発生の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。まず、図１〜５を参照して、実施形態に係るレーザ核融合装置１の構成を説明する。図１〜５は、レーザ核融合装置１の構成を説明するための図である。
【００１６】
レーザ核融合装置１は、チャンバ２、ターゲットシェル供給装置３、ターゲットシェル監視装置４、圧縮用レーザ出力装置５ａ、圧縮用レーザ出力装置５ｂ、加熱用レーザ出力装置６、制御装置７、ターゲットシェルＴｇ１を備える。レーザ核融合装置１は、ターゲットシェルＴｇ１にレーザ光を照射することによってターゲットシェルＴｇ１の内部で核融合反応を生じさせる装置である。
【００１７】
チャンバ２は、ターゲットシェルＴｇ１が核融合反応を起こす空間領域を提供する。換言すれば、本実施形態において、ターゲットシェルＴｇ１の核融合反応は、チャンバ２の内側において生じる。チャンバ２の内側の気圧は、予め低減されて保持される。チャンバ２は、ターゲットシェル供給装置３からターゲットシェルＴｇ１の供給が可能な供給口を有する。チャンバ２は、圧縮用レーザ出力装置５ａ、圧縮用レーザ出力装置５ｂ、加熱用レーザ出力装置６のそれぞれから出力されるレーザ光を通す複数の窓を有する。チャンバ２は、ターゲットシェル監視装置４がターゲットシェル供給装置３によって供給されたターゲットシェルＴｇ１の状態を観察するための窓を有する。チャンバ２の内側には、基準地点ＲＰ１が予め設定されている。基準地点ＲＰ１は、ターゲットシェルＴｇ１の核融合反応の発生地点として用いられる。
【００１８】
ターゲットシェル供給装置３は、複数のターゲットシェルＴｇ１を格納する。ターゲットシェル供給装置３は、チャンバ２の内側の基準地点ＲＰ１にターゲットシェルＴｇ１を供給する。
【００１９】
ターゲットシェル監視装置４は、ターゲットシェル供給装置３によってチャンバ２に供給されたターゲットシェルＴｇ１の状態を監視する。ターゲットシェル監視装置４は、複数の２次元高速度カメラ及び複数の２次元Ｘ線カメラ等の何れかを有し、複数の２次元高速度カメラ及び複数の２次元Ｘ線カメラ等によって撮像されたターゲットシェルＴｇ１の画像を表す複数の画像データを制御装置７に送信する。
【００２０】
圧縮用レーザ出力装置５ａは、ターゲットシェルＴｇ１を圧縮するための圧縮用レーザ光をターゲットシェルＴｇ１に向けて（進行方向Ｄ１に）出力する。圧縮用レーザ出力装置５ｂは、ターゲットシェルＴｇ１を圧縮するための圧縮用レーザ光をターゲットシェルＴｇ１に向けて（進行方向Ｄ２に）出力する。圧縮用レーザ出力装置５ａは、圧縮用レーザ５ａ１と圧縮用集光光学装置５ａ２とを有する。圧縮用レーザ出力装置５ｂは、圧縮用レーザ５ｂ１と圧縮用集光光学装置５ｂ２とを有する。圧縮用レーザ出力装置５ａと圧縮用レーザ出力装置５ｂとは、同一の構成を有する。圧縮用レーザ５ａ１と圧縮用レーザ５ｂ１とは、同一の構成（図２参照）を有する。圧縮用集光光学装置５ａ２と圧縮用集光光学装置５ｂ２とは、同一の構成を有する。圧縮用レーザ５ａ１と圧縮用レーザ５ｂ１とは、制御装置７による制御のもとで、ターゲットシェルＴｇ１を圧縮するための圧縮用レーザ光を出力する。圧縮用レーザ５ａ１が出力する圧縮用レーザ光と、圧縮用レーザ５ｂ１が出力する圧縮用レーザ光とは、同一の特性を有する。
【００２１】
圧縮用集光光学装置５ａ２は、圧縮用レーザ５ａ１から出力される圧縮用レーザ光をターゲットシェルＴｇ１の照射領域（図４及び図５に示す照射領域Ａｒ１等）に向け集光する。圧縮用集光光学装置５ｂ２は、圧縮用レーザ５ｂ１から出力される圧縮用レーザ光をターゲットシェルＴｇ１の照射領域（図４及び図５に示す照射領域Ａｒ２等）に向け集光する。圧縮用集光光学装置５ａ２と圧縮用集光光学装置５ｂ２とは、制御装置７による制御のもとで動作する。圧縮用集光光学装置５ａ２と圧縮用集光光学装置５ｂ２とは、同一の構成を有する。圧縮用集光光学装置５ａ２と圧縮用集光光学装置５ｂ２とは、何れも、モータ駆動する複数のミラー等を有する。複数のミラーの位置、傾斜等は、制御装置７による制御される。
【００２２】
圧縮用レーザ光の波長は、３００ｎｍ（ナノメートル）以上１μｍ（マイクロメートル）以下の範囲にある。圧縮用レーザ光のエネルギーは、圧縮用レーザ光のビーム毎に、１ｋＪ（キロジュール）以上１０ｋＪ（キロジュール）以下の範囲にある。圧縮用レーザ光の時間パルス幅は、数１００ｐｓ（ピコ秒）から数１０ｎｓ（ナノ秒）までの範囲にある。以下、時間パルス幅とは、レーザ光のエネルギーが、ピークパワーの１／ｅ２（＝０．１３５）（ｅ＝２．７１８）となる時間幅である。圧縮用レーザ光の時間波形は、ターゲットシェルＴｇ１を圧縮するために予め設計された波形（テーラードパルス波形）である。圧縮用レーザ光のピークパワーは、エネルギーの値を時間パルス幅で割った値（エネルギー／時間パルス幅）であり、１０ＧＷ（ギガワット）以上１００ＴＷ（テラワット）以下の範囲にある。圧縮用レーザ光の集光径は、ターゲットシェルＴｇ１の表面（外表面Ｓｆ１）において、圧縮用レーザ光の一のビームが照射された照射領域の直径であり、数１００μｍ（マイクロメートル）から数ｍｍ（ミリメートル）までの範囲である。圧縮用レーザ光の集光強度は、ピークパワーをターゲットシェル表面における照射領域の面積で割った値（ピークパワー／面積）であり、１×１０１１Ｗ／ｃｍ２以上１×１０１７Ｗ／ｃｍ２以下の範囲である。
【００２３】
加熱用レーザ出力装置６は、ターゲットシェルＴｇ１を加熱するための加熱用レーザ光をターゲットシェルＴｇ１に向けて（進行方向Ｄ３に）出力する。加熱用レーザ出力装置６は、加熱用レーザ６ａ１と加熱用集光光学装置６ａ２とを有する。
【００２４】
加熱用レーザ６ａ１は、制御装置７による制御のもとで、ターゲットシェルＴｇ１を加熱するための加熱用レーザ光を出力する。加熱用レーザ光の波長は、８００ｎｍ（ナノメートル）以上１μｍ（マイクロメートル）以下の範囲にある。加熱用レーザ光のエネルギーは、圧縮用レーザ光のビーム毎に、１ｋＪ（キロジュール）以上１０ｋＪ（キロジュール）以下の範囲にある。加熱用レーザ光の時間パルス幅は、１００ｆｓ（フェムト秒）から１０ｐｓ（ピコ秒）までの範囲にある。加熱用レーザ光の時間波形は、例えば、ガウシアン波形等であるが、他の波形であることもできる。加熱用レーザ光のピークパワーは、エネルギーの値を時間パルス幅で割った値（エネルギー／時間パルス幅）であり、１００ＴＷ（テラワット）以上１００ＰＷ（ペタワット）以下の範囲にある。加熱用レーザ光の集光径は、ターゲットシェルＴｇ１の表面（外表面Ｓｆ１であるが、実際には、ターゲットシェルＴｇ１の貫通孔Ｈ１の開口）において、加熱用レーザ光の一のビームが照射された照射領域の直径であり、数１０μｍ（マイクロメートル）から数１００μｍ（マイクロメートル）までの範囲である。加熱用レーザ光の集光強度は、ピークパワーをターゲットシェル表面における照射領域の面積で割った値（ピークパワー／面積）であり、１×１０１５Ｗ／ｃｍ２以上１×１０２２Ｗ／ｃｍ２以下の範囲である。
【００２５】
加熱用集光光学装置６ａ２は、加熱用レーザ６ａ１から出力される加熱用レーザ光をターゲットシェルＴｇ１の貫通孔Ｈ１に向け集光する。加熱用集光光学装置６ａ２は、制御装置７による制御のもとで動作する。加熱用集光光学装置６ａ２は、モータ駆動する複数のミラー等を有する。複数のミラーの位置、傾斜等は、制御装置７による制御される。
【００２６】
ターゲットシェル供給装置３、圧縮用集光光学装置５ａ２は、制御用の信号ラインＬ１ａを介して制御装置７に接続され、ターゲットシェル監視装置４、圧縮用集光光学装置５ｂ２、加熱用集光光学装置６ａ２は、制御用の信号ラインＬ１ｂを介して制御装置７に接続されている。圧縮用レーザ５ａ１、圧縮用レーザ５ｂ１、加熱用レーザ６ａ１は、レーザ出力用の信号ラインＬ２を介して制御装置７に接続されている。制御用の信号ラインＬ１ａと制御用の信号ラインＬ１ｂとは、寸法形状を除き、同一の構成を有する。
【００２７】
制御装置７は、ターゲットシェル供給装置３と、圧縮用レーザ出力装置５ａと、圧縮用レーザ出力装置５ｂと、加熱用レーザ出力装置６とを制御する。制御装置７は、ターゲットシェル監視装置４から送信される画像データを受け、この画像データに対し、予め設定された画像処理を予め設定されたタイミングで行い、この画像処理による結果に応じて、ターゲットシェル供給装置３と、圧縮用レーザ出力装置５ａと、圧縮用レーザ出力装置５ｂと、加熱用レーザ出力装置６とを制御する。制御装置７は、また、ターゲットシェル監視装置４の動作（オン・オフ、撮像、撮像された画像データの送信等）を制御する。
【００２８】
図２を参照して、圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１の構成を、説明する。図２に示すように、圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１は、何れも、レーザ発振器５１、波形制御装置５２、レーザ増幅器５３、波長変換装置５４を有する。レーザ発振器５１は、ターゲットシェルＴｇ１の圧縮に用いるパルス状のレーザ光を出力する。レーザ発振器５１から出力されるレーザ光は、波形制御装置５２、レーザ増幅器５３、波長変換装置５４によって圧縮用レーザ光に整形及び増幅される。波形制御装置５２は、レーザ発振器５１から出力されるレーザ光を、ターゲットシェルＴｇ１の圧縮に適したパルス波形（テーラードパルス波形）を有するにように整形して出力する。レーザ増幅器５３は、波形制御装置５２から出力されるレーザ光のエネルギーを増幅する。波長変換装置５４は、レーザ増幅器５３から出力される増幅後のレーザ光を、ターゲットシェルＴｇ１の圧縮に適した波長を有するように変換し、圧縮用レーザ光として出力する。波長変換装置５４から出力されるレーザ光は、圧縮用レーザ出力装置５ａの場合には圧縮用集光光学装置５ａ２に出力され、圧縮用レーザ出力装置５ｂの場合には圧縮用集光光学装置５ｂ２に出力される。
【００２９】
図２を参照して、加熱用レーザ６ａ１の構成を、説明する。図２に示すように、加熱用レーザ６ａ１は、レーザ発振器６１、パルス伸長器６２、波形制御装置６３、レーザ増幅器６４、パルス圧縮器６５を有する。レーザ発振器６１は、ターゲットシェルＴｇ１の加熱に用いるパルス状のレーザ光を出力する。レーザ発振器６１から出力されるレーザ光は、パルス伸長装置６２、波形制御装置６３、レーザ増幅器６４、パルス圧縮器６５によって加熱用レーザ光に整形及び増幅される。パルス伸長器６２は、レーザ発振器６１から出力されるパルス状のレーザ光のパルス時間幅を伸長する。パルス伸長器６２によるパルス時間幅の伸長によってレーザ光のピーク強度が低減されるので、パルス伸長器６２の後段に設けられたレーザ増幅器６４において、レーザ光の光学損傷が低減される。波形制御装置６３は、レーザ発振器６１から出力されるレーザ光を、ターゲットシェルＴｇ１の加熱に適したパルス波形を有するにように整形（例えば、プリプラズマの形成を抑制する等）して出力する。レーザ増幅器６４は、波形制御装置６３から出力されるレーザ光のエネルギーを増幅する。パルス圧縮器６５は、レーザ増幅器６４から出力される増幅後のレーザ光のパルス時間幅を短縮する。パルス圧縮器６５によるパルス時間幅の短縮によってレーザ光のピーク強度が増加される。パルス圧縮器６５から出力されるレーザ光は、加熱用集光光学装置６ａ２に入力する。
【００３０】
制御装置７の構成を、図３及び図６を参照して説明する。制御装置７は、物理的には、例えば、ＣＰＵ、メモリ、通信装置等を備える。制御装置７のＣＰＵは、制御装置７のメモリに格納されているコンピュータプログラムを実行することにより、制御装置７を統括的に制御する。制御装置７のメモリに格納されているコンピュータプログラムは、例えば、図６のフローチャートを実行するためのコンピュータプログラムである。制御装置７のメモリには、コンピュータプログラムの実行に必要な各種のデータ（例えば、ターゲットシェル監視装置４、圧縮用レーザ出力装置５ａ、圧縮用レーザ出力装置５ｂ、加熱用レーザ出力装置６の各種の動作タイミングを示すデータ等）が格納されている。制御装置７は、機能的には、例えば、図３に示すターゲットシェル供給手段７ａ、タイミング算出手段７ｂ、集光手段７ｃ、出力手段７ｄを有する。ターゲットシェル供給手段７ａ、タイミング算出手段７ｂ、集光手段７ｃ、出力手段７ｄは、制御装置７のＣＰＵが制御装置７のメモリに格納されたコンピュータプログラムを実行し、図１に示す制御装置７の各構成部を動作させることによって実現される機能である。制御装置７のＣＰＵは、制御装置７のメモリに格納されたコンピュータプログラムを実行し、ターゲットシェル供給手段７ａ、タイミング算出手段７ｂ、集光手段７ｃ、出力手段７ｄを用いることによって、図６のフローチャートに示す処理を実行する。制御装置７は、ターゲットシェル供給装置３、ターゲットシェル監視装置４、圧縮用レーザ出力装置５ａ、圧縮用レーザ出力装置５ｂ、加熱用レーザ出力装置６を用いて、チャンバ２の内側を移動するターゲットシェル（ターゲットシェルＴｇ１等）の姿勢や場所の変化に対し、追従して、圧縮用レーザ光（圧縮用レーザ光ＬＳ１等）と加熱用レーザ光（加熱用レーザ光ＬＳ３等）とを、このターゲットシェルに照射することができる。
【００３１】
ターゲットシェル供給手段７ａは、ターゲットシェルＴｇ１をチャンバ２の内側の基準地点ＲＰ１に供給するようターゲットシェル供給装置３を制御する。タイミング算出手段７ｂは、ターゲットシェル供給装置３によって供給されるターゲットシェルＴｇ１が基準地点ＲＰ１に到達する到達タイミングをターゲットシェル監視装置４による監視結果に基づいて算出し、到達タイミングに基づいて、圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１が圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザ光出力タイミングと、圧縮用レーザ光出力タイミングに続き加熱用レーザ６ａ１が加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザ光出力タイミングと、を算出する。集光手段７ｃは、圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１から出力される圧縮用レーザ光が、タイミング算出手段７ｂによって算出された圧縮用レーザ光出力タイミングでターゲットシェルＴｇ１の照射領域Ａｒ１及び照射領域Ａｒ２に向けて集光されるように、圧縮用集光光学装置５ａ２及び圧縮用集光光学装置５ｂ２をターゲットシェル監視装置４による監視結果に基づいて制御し、加熱用レーザ６ａ１から出力される加熱用レーザ光が、タイミング算出手段７ｂによって算出された加熱用レーザ光出力タイミングでターゲットシェルＴｇ１の貫通孔Ｈ１に向けて集光されるように、加熱用集光光学装置６ａ２をターゲットシェル監視装置４による監視結果に基づいて制御する。出力手段７ｄは、集光手段７ｃによって、圧縮用集光光学装置５ａ２及び圧縮用集光光学装置５ｂ２と、加熱用集光光学装置６ａ２とが制御された後に、タイミング算出手段７ｂによって算出された圧縮用レーザ光出力タイミングで圧縮用レーザ光を出力するよう圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１を制御し、タイミング算出手段７ｂによって算出された加熱用レーザ光出力タイミングで加熱用レーザ光を出力するよう加熱用レーザ６ａ１を制御する。
【００３２】
図４を参照して、ターゲットシェルＴｇ１の構成について説明する。図４の（Ａ）部に示す図は、ターゲットシェルＴｇ１の外観を示す図である。図４の（Ｂ）部に示す図は、図４の（Ａ）部に示すＩ−Ｉ線に沿ってとられたターゲットシェルＴｇ１の断面図である。図４の（Ｃ）部に示す図は、図４の（Ａ）部に示すＩＩ−ＩＩ線に沿ってとられたターゲットシェルＴｇ１の断面図である。ターゲットシェルＴｇ１は、中空の球殻状の形状を有する。ターゲットシェルＴｇ１は、外表面Ｓｆ１と内表面Ｓｆ２とを有する。ターゲットシェルＴｇ１の内側には、ターゲットシェルＴｇ１の内表面Ｓｆ２によって画定される略球状の空隙Ｓｐが設けられている。ターゲットシェルＴｇ１には、ターゲットシェルＴｇ１の外側とターゲットシェルＴｇ１の内側の空隙Ｓｐとを繋ぐ貫通孔Ｈ１が設けられている。ターゲットシェルＴｇ１の外表面Ｓｆ１は、圧縮用レーザ光の照射が予定されている照射領域Ａｒ１及び照射領域Ａｒ２を含む。貫通孔Ｈ１は、加熱用レーザ光ＬＳ３を空隙Ｓｐに導く。なお、ターゲットシェルＴｇ１等のターゲットシェルは、圧縮用レーザ光の照射が予定されている照射領域として、照射領域Ａｒ１及び照射領域Ａｒ２の他に更に複数の照射領域を含んでも良いし、貫通孔Ｈ１の他に更に一又は複数の貫通孔を有していても良い。この空隙には、核融合反応の原料となる液体状もしくは固体状の重水素や三重水素が充填さていても良い。また、その核融合原料は２０ケルビンほどに冷却されていても良い。
【００３３】
ターゲットシェルＴｇ１は、炭素原子と、水素、重水素及び三重水素の少なくとも一つの種類の原子とから成る重合体である。例えば、ターゲットシェルＴｇ１は、Ｃ８Ｈ８、Ｃ８Ｄ８、Ｃ８Ｔ８等の重合体である。Ｃは炭素原子を表し、Ｈは水素原子を表し、Ｄは重水素原子を表し、Ｔは三重水素原子を表している。ターゲットシェルＴｇ１の直径は、１００μｍ以上数ｍｍ以下の範囲であり、より好ましくは４８０μｍ以上５２０μｍ以下の範囲である。ターゲットシェルＴｇ１の外表面Ｓｆ１と内表面Ｓｆ２との間の距離（換言すれば、ターゲットシェルＴｇ１の殻の厚み）は、１μｍ以上１ｍｍ以下の範囲であり、より好ましくは６．８μｍ以上７．２μｍ以下の範囲である。貫通孔Ｈ１の直径は、１０μｍ以上１ｍｍ以下の範囲であり、より好ましくは２４５μｍ以上２５５μｍ以下の範囲である。
【００３４】
なお、ターゲットシェルＴｇ１の代わりに、図５に示すターゲットシェルＴｇ２が用いられても良い。図５の（Ａ）部に示す図は、ターゲットシェルＴｇ２の外観を示す図である。図５の（Ｂ）部に示す図は、図５の（Ａ）部に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ってとられたターゲットシェルＴｇ２の断面図である。図５の（Ｃ）部に示す図は、図５の（Ａ）部に示すＩＶ−ＩＶ線に沿ってとられたターゲットシェルＴｇ２の断面図である。ターゲットシェルＴｇ２は、ターゲットシェルＴｇ１の構成に加えて、貫通孔Ｈ２が更に設けられており、ターゲットシェルＴｇ１とターゲットシェルＴｇ２との構成上の相違は、この点のみである。すなわち、ターゲットシェルＴｇ１は、貫通孔Ｈ１を有し、ターゲットシェルＴｇ２は、貫通孔Ｈ１及び貫通孔Ｈ２を有する。貫通孔Ｈ１の寸法・形状は、貫通孔Ｈ２の寸法・形状と同一である。貫通孔Ｈ１及び貫通孔Ｈ２は、ターゲットシェルＴｇ２の中心Ｃｔを通る中心軸Ａｘに沿って延びており、中心Ｃｔを挟んで互いに対向している。貫通孔Ｈ１の二つの開口は、中心軸Ａｘに交差している。貫通孔Ｈ２の二つの開口は、中心軸Ａｘに交差している。
【００３５】
なお、ターゲットシェルＴｇ１及びターゲットシェルＴｇ２は、それぞれ、圧縮用レーザ光ＬＳ１の照射が予定されている照射領域Ａｒ１と圧縮用レーザ光ＬＳ２の照射が予定されている照射領域Ａｒ２とを有するが、圧縮用レーザ光は、３本以上であっても良く、１０００本程度の圧縮用レーザ光の照射が可能である。圧縮用レーザ光の追加は、圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２のように、ターゲットシェルＴｇ１の中心Ｃｔを挟んで同軸（中心軸Ａｘ）上に対向して入射する２本の圧縮用レーザ光を一組として、２本毎に追加されることができる。また、圧縮用レーザ光を１本毎に追加することもできる。圧縮用レーザ光の数に応じて、圧縮用レーザ光の数と同数の圧縮用レーザ出力装置（圧縮用レーザ出力装置５ａ及び圧縮用レーザ出力装置５ｂに対応）が設けられる。
【００３６】
ターゲットシェルＴｇ１及びターゲットシェルＴｇ２には、貫通孔Ｈ１や貫通孔Ｈ２に限らず、更に多くの貫通孔が設けられても良い。貫通孔の追加は、貫通孔Ｈ１及び貫通孔Ｈ２のように、ターゲットシェルＴｇ２の中心Ｃｔを挟んで同軸（中心軸Ａｘ）上に対向する二つの貫通孔を一組として、２つの貫通孔毎に追加されることができる。また、貫通孔を１つ毎に追加することもできる。貫通孔の数以下の数の加熱用レーザ光を供給することができる。加熱用レーザ光は、２本以上であっても良く、１００本程度の加熱用レーザ光の照射が可能である。加熱用レーザ光の数に応じて、加熱用レーザ光の数と同数の加熱用レーザ出力装置（加熱用レーザ出力装置６に対応）が設けられる。
【００３７】
次に、図６を参照して、レーザ核融合装置１を用いた核融合生成方法について説明する。まず、ステップＳ１において、制御装置７のターゲットシェル供給手段７ａがターゲットシェル供給装置３を制御することによって、核融合反応を生じさせるターゲットシェルＴｇ１を、チャンバ２に供給する（ステップＳ１：供給工程）。
【００３８】
ステップＳ１に引き続き、制御装置７のタイミング算出手段７ｂと制御装置７の集光手段７ｃとが、ターゲットシェルＴｇ１を圧縮するための圧縮用レーザ光と圧縮後のターゲットシェルＴｇ１を加熱するための加熱用レーザ光とを照射するための準備をする（ステップＳ２：準備工程）。ステップＳ２に引き続き、制御装置７の出力手段７ｄは、圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１と、加熱用レーザ６ａ１とを制御することによって、圧縮用レーザ光と加熱用レーザ光とを順にターゲットシェルＴｇ１に照射する（ステップＳ３：照射工程）。ステップＳ３をより詳細に説明する。ステップＳ３では、制御装置７の出力手段７ｄが圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１を制御することによって、後述のステップＳ２ａにおいてタイミング算出手段７ｂによって算出される圧縮用レーザ光出力タイミングでターゲットシェルＴｇ１の照射領域Ａｒ１及び照射領域Ａｒ２に圧縮用レーザ光を照射し、制御装置７の出力手段７ｄが加熱用レーザ６ａ１を制御することによって、後述のステップＳ２ａにおいてタイミング算出手段７ｂによって算出され圧縮用レーザ光の照射に続く加熱用レーザ光出力タイミングで、ターゲットシェルＴｇ１の貫通孔Ｈ１に加熱用レーザ光を照射する。
【００３９】
ステップＳ２は、更に、ステップＳ２ａとステップＳ２ｂとを有する。ステップＳ２ａでは、ステップＳ１においてターゲットシェル供給装置３によってチャンバ２に供給されたターゲットシェルＴｇ１の状態をターゲットシェル監視装置４が監視しつつ、制御装置７のタイミング算出手段７ｂが、ターゲットシェル監視装置４による監視結果に基づいて、圧縮用レーザ５ａ１と圧縮用集光光学装置５ｂ２とが圧縮用レーザ光を出力する圧縮用レーザ光出力タイミングと加熱用レーザ６ａ１が加熱用レーザ光を出力する加熱用レーザ光出力タイミングとを算出する（ステップＳ２ａ：算出工程）。
【００４０】
ステップＳ２ｂでは、ターゲットシェル監視装置４による監視結果に基づいて制御装置７の集光手段７ｃが圧縮用集光光学装置５ａ２と圧縮用集光光学装置５ｂ２とを制御することによって、圧縮用レーザ５ａ１から出力される圧縮用レーザ光が圧縮用レーザ光出力タイミングでターゲットシェルＴｇ１の照射領域Ａｒ１に向け集光されるようにし、圧縮用レーザ５ｂ１から出力される圧縮用レーザ光が圧縮用レーザ光出力タイミング（圧縮用レーザ５ａ１における圧縮用レーザ光出力タイミングと同一のタイミング）でターゲットシェルＴｇ１の照射領域Ａｒ２に向け集光されるようにし、更に、ターゲットシェル監視装置４による監視結果に基づいて制御装置７の集光手段７ｃが加熱用集光光学装置６ａ２を制御することによって、加熱用レーザ６ａ１から出力される加熱用レーザ光が、加熱用レーザ光出力タイミング（圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１における圧縮用レーザ光出力タイミングに引き続くタイミング）でターゲットシェルＴｇ１の貫通孔Ｈ１に向け集光されるようにする（ステップＳ２ｂ：集光工程）。
【００４１】
図７及び図８を参照して、ステップＳ３について、更に、詳細に説明する。図７は、圧縮用レーザ光のエネルギーの時間波形（期間Ｔ１における波形）と、加熱用レーザ光のエネルギーの時間波形（期間Ｔ２における波形）とが示されている。図７の縦軸は、レーザ光の強度を表し、図７の横軸は、レーザ光が出力される時間を表している。
【００４２】
期間Ｔ１は、圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２のそれぞれが圧縮用レーザ５ａ１及び圧縮用レーザ５ｂ１のそれぞれによって同時に出力される期間であり、タイミング算出手段７ｂによって算出される圧縮用レーザ光出力タイミングに対応する。圧縮用レーザ５ａ１の圧縮用レーザ光出力タイミングと圧縮用レーザ５ｂ１の圧縮用レーザ光出力タイミングとは同一（期間Ｔ１）である。期間Ｔ１は、期間Ｔ１ａ、期間Ｔ１ｂ、期間Ｔ１ｃを順に含む。期間Ｔ１ｂは期間Ｔ１ａに続き、期間Ｔ１ｃは期間Ｔ１ｂに続く。
【００４３】
期間Ｔ１ａにおける圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２は、比較的に低い強度である。期間Ｔ１ａでは、徐々にターゲットシェルＴｇ１の外表面Ｓｆ１がアブレーションされ、外表面Ｓｆ１の外側からプラズマＰ１が噴出される（図８の（Ａ）部を参照）。そして、プラズマＰ１が外表面Ｓｆ１から外側に向けて噴出されることによる反作用によって、ターゲットシェルＴｇ１の内側（内表面Ｓｆ２の側）が、中心Ｃｔに向かって圧縮される。
【００４４】
期間Ｔ１ａの終期において、ターゲットシェルＴｇ１が中心Ｃｔに集まりターゲットシェルＴｇ１の中心部の密度が上昇すると、プラズマＰ１の噴出によって生じターゲットシェルＴｇ１の内側に向かう反作用は低減し、ターゲットシェルＴｇ１に対する圧縮作用が低減する。そこで、期間Ｔ１ａに続く期間Ｔ１ｂでは、圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２の強度を、期間Ｔ１ａにおける圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２の強度から、一気に増加させ、ターゲットシェルＴｇ１に対する圧縮作用を増加させ、ターゲットシェルＴｇ１の中心部の密度を更に上昇させる（図８の（Ｂ）部を参照）。期間Ｔ１ｂにおけるプラズマＰ１の密度は、期間Ｔ１ａにおけるプラズマＰ１の密度に比較して高い。貫通孔Ｈ１に対応する箇所からはプラズマＰ１の噴出が無いので、貫通孔Ｈ１上では、貫通孔Ｈ１以外の外表面Ｓｆ１の他の領域上と比較して、プラズマＰ１の密度が比較的に低い。
【００４５】
期間Ｔ１ｃにおける圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２は、期間Ｔ１ｂにおける圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２の強度の最大値を有し、この値に強度が維持される（図８の（Ｃ）部を参照）。期間Ｔ１ｃにおけるプラズマＰ１の密度は、期間Ｔ１ａ及び期間Ｔ１ｂにおけるプラズマＰ１の密度に比較して高い。以上のように、圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２は、期間Ｔ１の後半部（期間Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃ）において強度が一気に上昇するテーラードパルスになっている。期間Ｔ１における圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２の照射によって、ターゲットシェルＴｇ１の内部には、プラズマ（図９に示すプラズマＰ２に対応）が生成される。
【００４６】
期間Ｔ１に続く期間Ｔ２は、加熱用レーザ光ＬＳ３が加熱用レーザ６ａ１によって出力される期間であり、タイミング算出手段７ｂによって算出される加熱用レーザ光出力タイミングに対応する。期間Ｔ２における加熱用レーザ光ＬＳ３は、圧縮用レーザ光ＬＳ１及び圧縮用レーザ光ＬＳ２に比較して高エネルギーである。加熱用レーザ光ＬＳ３が貫通孔Ｈ１に入射すると、加熱用レーザ光ＬＳ３によって、内表面Ｓｆ２の側における貫通孔Ｈ１の開口の近傍において、高速電子及びイオンが発生し、この発生した高速電子及びイオンによって、期間Ｔ１において生成されたターゲットシェルＴｇ１の内部のプラズマＰ２（図９を参照）が加熱され、核融合反応が引き起こされる（図８の（Ｄ）部を参照）。
【００４７】
次に、図９を参照して、ターゲットシェルＴｇ１を、従来の金コーン付きターゲットＴｇ−ｐと比較する。図９の（Ａ）部に、金コーン付きターゲットＴｇ−ｐの構成の概略を示す。図９の（Ｂ）部に、ターゲットシェルＴｇ１の構成の概略を示す。金コーン付きターゲットＴｇ−ｐは、金コーンＣｎとＣＤ球体Ｓｈを有する。金コーンＣｎは、金等の金属から成る。ＣＤ球体Ｓｈは、炭素（Ｃ）と、重水素（Ｄ）等とを含む高分子から成る。金コーンＣｎは、円錐状の形状を有し、円錐の内側（円錐の内側面の側）には空隙Ｓａ２（空洞）が形成され、円錐の先端Ｐａは閉じている（開口ではない）。金コーンＣｎの先端Ｐａは、ＣＤ球体Ｓｈの内部Ｓａ１に到達しているが、金コーンＣｎの内側の空隙Ｓａ２は、ＣＤ球体Ｓｈの内部Ｓａ１に到達していない。加熱用レーザ光ＬＳ３は、プリパルスＰＬ１と、プリパルスＰＬ１の後に発生しプリパルスＰＬ１よりも高いエネルギーのメインパルスＰＬ２とを含む場合がある。メインパルスＰＬ２は、核融合反応を引き起こすためのエネルギーをターゲットに供給する。プリパルスＰＬ１が発生する場合、金コーン付きターゲットＴｇ−ｐには、プリパルスＰＬ１によるプラズマＰ３が、金コーンＣｎの内側の空隙Ｓａ２に発生する。メインパルスＰＬ２の一部は、金コーンＣｎに衝突する前に、プリパルスＰＬ１によって金コーンＣｎの内側の空隙Ｓａ２に発生したプラズマＰ３に衝突するので、メインパルスＰＬ２から、ＣＤ球体Ｓｈの空隙Ｓａ２のプラズマＰ２ａ（ＣＤ球体Ｓｈが圧縮されることによってＣＤ球体Ｓｈの内部Ｓａ１の中心部に生じるプラズマ）に供給されるエネルギーは、プリパルスＰＬ１が無い場合に比較して、低減される。
【００４８】
一方、ターゲットシェルＴｇ１は、従来の金コーンＣｎを有さず、貫通孔Ｈ１を有する。プリパルスＰＬ１は、ターゲットシェルＴｇ１の内側の空隙Ｓｐにあって内表面Ｓｆ２の側における貫通孔Ｈ１の開口の近傍において、プラズマＰ４を発生させ、プリパルスＰＬ１の後に照射されるメインパルスＰＬ２の一部又は全部は、このプラズマＰ４に衝突し、この衝突によって発生する高速電子が（または、このプラズマＰ４との衝突が回避されたメインパルスＰＬ２の一部が直接に）、期間Ｔ１の間にターゲットシェルＴｇ１の中心部（中心Ｃｔ）に発生したプラズマＰ２と衝突し、この中心部のプラズマＰ２を加熱する。ターゲットシェルＴｇ１の場合にプリパルスＰＬ１によってターゲットシェルＴｇ１の内側の空隙Ｓｐで発生するプラズマＰ４は、プリパルスＰＬ１によって金コーンＣｎの内側の空隙Ｓａ２で発生するプラズマＰ３よりも、ターゲットの中心部のプラズマ（ターゲットシェルＴｇ１の場合にはプラズマＰ２であり、金コーン付きターゲットＴｇ−ｐの場合にはプラズマＰ２ａ。）により近いので、プリパルスＰＬ１の後に照射されるメインパルスＰＬ２のエネルギーは、ターゲットシェルＴｇ１の場合のほうが、従来の金コーン付きターゲットＴｇ−ｐの場合に比較して、より多くターゲットの中心部のプラズマに供給される。また、ターゲットシェルＴｇ１の場合、加熱用レーザ光ＬＳ３は、金コーンＣｎを介さずに、ターゲットシェルＴｇ１の貫通孔Ｈ１に直接に照射されるので、従来の金コーン付きターゲットＴｇ−ｐの場合に比較して、金コーンＣｎによるエネルギーの損失を考慮する必要がなく、ターゲットシェルＴｇ１の中心部のプラズマＰ２に供給されるエネルギーの制御がより正確に、容易に行える。また、金コーンＣｎを用いた場合、重イオンである金イオンの加速が困難なことから、イオンによる加熱の寄与は余りない。
【００４９】
更に、ターゲットシェルＴｇ１の場合のプリパルスＰＬ１による影響とターゲットシェルＴｇ２の場合のプリパルスＰＬ１による影響とを比較する。ターゲットシェルＴｇ１の場合には、プリパルスＰＬ１によって内表面Ｓｆ２の側における貫通孔Ｈ１の開口の近傍に生じるプラズマＰ４（一次的なプラズマ）中の電子が、内表面Ｓｆ２のうち中心Ｃｔを挟んで貫通孔Ｈ１と対向する領域に衝突することによって若干のプラズマ（副次的なプラズマ）が更に発生し、内表面Ｓｆ２の側における貫通孔Ｈ１の開口の近傍にまで到達する可能性がある。メインパルスＰＬ２は、プリパルスＰＬ１が直接に引き起こす一次的なプラズマと共に、この若干の副次的なプラズマとも衝突するが、この副次的なプラズマによる影響は一次的なプラズマによる影響に比較して微小であり、従って、従来の金コーン付きターゲットＴｇ−ｐの場合におけるプリパルスＰＬ１によるプラズマの影響に比較して、小さい。これに対し、ターゲットシェルＴｇ２の場合、中心Ｃｔを挟んで貫通孔Ｈ１と対向する領域には貫通孔Ｈ２が設けられているので、ターゲットシェルＴｇ１の場合とは異なり、プリパルスＰＬ１によって内表面Ｓｆ２の側における貫通孔Ｈ１の開口の近傍に生じるプラズマ中の電子は、内表面Ｓｆ２には衝突せず、よって、副次的なプラズマは生じない。
【００５０】
本実施形態に係るレーザ核融合装置１と核融合生成方法では、核融合反応を生じさせるターゲットとして、中空の球殻状の形状を有するターゲットシェルＴｇ１が用いられ、ターゲットシェルＴｇ１は、ターゲットシェルＴｇ１の外側とターゲットシェルＴｇ１の内側の空隙Ｓｐとを繋ぎ加熱用レーザ光ＬＳ３をターゲットシェルＴｇ１の内側の空隙Ｓｐに導く貫通孔Ｈ１が設けられ、従来のような金コーンＣｎを有さない構成を有する。従って、加熱用レーザ光ＬＳ３は従来のような金コーンＣｎを介さずに貫通孔Ｈ１によってターゲットシェルＴｇ１の内側の空隙Ｓｐに直接に案内されるので、金コーンＣｎによる影響を考慮する必要が無く、ターゲットシェルＴｇ１の空隙Ｓｐの中心部のプラズマＰ２に供給されるエネルギーが容易に制御可能となる。
【００５１】
更に、ターゲットシェルＴｇ２の場合、貫通孔Ｈ１及び貫通孔Ｈ２が対向する位置に設けられているので、一方の貫通孔Ｈ１からターゲットシェルＴｇ２の内側の空隙Ｓｐに加熱用レーザ光ＬＳ３が照射された場合に、この加熱用レーザ光ＬＳ３によって、この貫通孔Ｈ１の開口付近にプラズマＰ４が発生しても、このプラズマＰ４から生じる電子が、ターゲットシェルＴｇ２の内表面Ｓｆ２であってこの貫通孔Ｈ２の開口に対向する側に衝突することが無く、よって、ターゲットシェルＴｇ２の内側において副次的なプラズマの発生が抑制できる。更に、ターゲットシェルＴｇ１及びターゲットシェルＴｇ２は、何れも、炭素原子と、水素、重水素及び三重水素とを含むので、核融合を好適に発生させることができる。
【００５２】
（実施例）
図１０に、ターゲットシェルＴｇ２の実施例（実施例ターゲットという）を用いた場合の測定結果と、従来の金コーン付きターゲットＴｇ−ｐの実施例（従来ターゲットという）を用いた場合の測定結果とを示す。図１０の横軸は、実施例ターゲットと、従来の従来ターゲットとに照射されるレーザ光のエネルギーを表しており、図１０の縦軸は、核融合反応によって実施例ターゲット及び従来ターゲットのそれぞれから発生した中性子の総数を表している。
【００５３】
測定結果Ｇ１〜Ｇ４は、実施例ターゲットを用いた場合の測定結果を表している。測定結果Ｇ１〜Ｇ４が得られた実施例ターゲットは、直径が５００μｍ程度であり、殻の厚み（外表面Ｓｆ１と内表面Ｓｆ２との間の距離に対応）は７μｍ程度であり、貫通孔Ｈ１に対応する貫通孔の直径と、貫通孔Ｈ２に対応する貫通孔の直径とは、何れも２５０μｍ程度であった。測定結果Ｇ１〜Ｇ４が得られた圧縮用レーザ光は二本であり（圧縮用レーザ光ＬＳ１と圧縮用レーザ光ＬＳ２とに対応）、この二本の圧縮用レーザ光の時間パルス幅は、何れも、１．３ナノ秒程度であり、測定結果Ｇ１〜Ｇ４が得られた二本の圧縮用レーザ光のエネルギーは、何れも、３００Ｊ程度であった。二本の圧縮用レーザ光の照射によって、圧縮用レーザ光の照射期間内に１×１０６個の中性子を測定した。圧縮用レーザ光の照射に続き、１．５ｐｓ（ピコ秒）程度の時間パルス幅と６００Ｊ程度のエネルギーとを有する一本の加熱用レーザ光（加熱用レーザ光ＬＳ３に対応）を照射して核融合反応を生成し、この加熱用レーザ光の照射期間内に５×１０８個の中性子を測定した（測定結果Ｇ４）。更に、圧縮用レーザ光の照射に続き、１．５ｐｓ（ピコ秒）程度の時間パルス幅と５００Ｊ程度のエネルギーとを有する加熱用レーザ光（加熱用レーザ光ＬＳ３に対応）を照射して核融合反応を生成し、この加熱用レーザ光の照射期間内に１×１０８個の中性子を測定した（測定結果Ｇ４）。
【００５４】
測定結果Ｇ５，Ｇ６は、従来ターゲットを用いた場合の測定結果を表している。測定結果Ｇ５，Ｇ６が得られた従来ターゲットは、金コーンの先端とＣＤ球体の中心との距離が５０μｍの程度となるまで金コーンをＣＤ球体の内側に侵入させた構成であった。この従来ターゲットの球殻状のＣＤ球体の直径は５００μｍ程度であり、ＣＤ球体の殻の厚み（ＣＤ球体の外表面と内表面との間の距離）は７μｍ程度であり、円錐状の金コーンの壁厚は１０μｍ〜２０μｍの程度であった。従来ターゲットに照射した圧縮用レーザ光は９から１２本であり、圧縮用レーザ光の総エネルギーは１．５から４．５ｋＪであり、それぞれの圧縮用レーザ光の時間パルス幅は、何れも、１．５ｎｓであった。圧縮用レーザ光の照射に続き従来ターゲットに照射した加熱用レーザ光は１本であり、この加熱用レーザ光のエネルギーは３００Ｊであり、時間パルス幅は１ｐｓ（ピコ秒）であった。加熱用レーザ光を従来ターゲットに照射して核融合反応を生成し、この加熱用レーザ光の照射期間内に最大３．５×１０７個の中性子を測定した（測定結果Ｇ５，Ｇ６）。
【００５５】
図６に示す測定結果によれば、ターゲットシェルＴｇ２に対応する実施例ターゲットを用いた場合は、従来の金コーン付きターゲットを用いた場合に比較して、照射したレーザ光の総エネルギー（圧縮用レーザ光のエネルギーと加熱用レーザ光のエネルギーの総和）が約１／３となっているのに対し、発生した中性子の総数は、一桁以上、上回っていた。
【００５６】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００５７】
１…レーザ核融合装置、２…チャンバ、３…ターゲットシェル供給装置、４…ターゲットシェル監視装置、５１，６１…レーザ発振器、５２，６３…波形制御装置、５３，６４…レーザ増幅器、５４…波長変換装置、５ａ，５ｂ…圧縮用レーザ出力装置、５ａ１，５ｂ１…圧縮用レーザ、５ａ２，５ｂ２…圧縮用集光光学装置、６…加熱用レーザ出力装置、６２…パルス伸長器、６５…パルス圧縮器、６ａ１…加熱用レーザ、６ａ２…加熱用集光光学装置、７…制御装置、７ａ…ターゲットシェル供給手段、７ｂ…タイミング算出手段、７ｃ…集光手段、７ｄ…出力手段、Ａｒ１，Ａｒ２…照射領域、Ａｘ…中心軸、Ｃｎ…金コーン、Ｃｔ…中心、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…進行方向、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６…測定結果、Ｈ１，Ｈ２…貫通孔、Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ…制御用の信号ライン、Ｌ２…レーザ出力用の信号ライン、ＬＳ１，ＬＳ２…圧縮用レーザ光、ＬＳ３…加熱用レーザ光、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ２ａ，Ｐ３，Ｐ４…プラズマ、Ｐａ…先端、ＰＬ１…プリパルス、ＰＬ２…メインパルス、ＲＰ１…基準地点、Ｓａ１…内部、Ｓａ２…空隙、Ｓｆ１…外表面、Ｓｆ２…内表面、Ｓｈ…ＣＤ球体、Ｓｐ…空隙、Ｔ１，Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃ，Ｔ２…期間、Ｔｇ１，Ｔｇ２…ターゲットシェル、Ｔｇ−ｐ…金コーン付きターゲット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図８】
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