(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ核融合に用いられる長尺形状のターゲットの製造方法において、
ターゲットの長手方向の一端側から核融合燃料のイオンが注入され、前記イオンが前記一端側から該一端側に対向する他端側に向かうようにターゲット内部の反応物質に送られ、レーザ光がターゲットの側面からターゲット内部の反応物質に照射されて、核融合反応が誘起される構成となっている、ターゲットの製造方法であって、
電解物質により構成されるとともにターゲットの長手方向に沿って層上に形成される中心電極部の両外側面上に、反応物質により構成される反応部の中間層を配置し、前記反応部の各中間層の外側面上に、電解物質により構成される外側電極部の中間層を配置し、前記外側電極部の各中間層の外側面上に、反応物質よりも剛性の高い補強材料から構成される保持部の中間層を配置して、積層構造体を形成するステップと、
前記反応部を前記中心電極部の外周に形成し、前記外側電極部を、ターゲットの長手方向に複数に分離した状態で前記反応部の外周に形成し、かつ前記保持部を前記外側電極部の外周に形成するステップであって、
前記反応部の表側層が、前記積層構造体の長手方向に沿った積層状表側面に形成した凹部内に反応物質を充填することによって形成され、
前記反応部の裏側層が、前記積層構造体の表側面に対向する裏側面に形成した凹部内に反応物質を充填することによって形成され、
前記外側電極部の表側層が、前記積層構造体の表側面上に電解物質を蒸着することによって形成され、かつターゲットの長手方向に複数に分離され、
前記外側電極部の裏側層が、前記反応部の裏側面上に電解物質を蒸着することによって形成され、かつターゲットの長手方向に複数に分離され、
前記外側電極部の中間層がターゲットの長手方向に複数に分離され、
前記保持部の裏側層が、前記外側電極部の裏側層の裏側面上に反応物質よりも剛性の高い補強材料を充填することによって形成される、ステップと
を含むターゲットの製造方法。
【請求項２】
前記積層構造体を形成するステップが、前記積層構造体の長手方向の両端部に、反応物質よりも剛性の高い補強材料により構成された補助保持部を配置することを含む、請求項１に記載のターゲットの製造方法。
【請求項３】
レーザ核融合に用いられ、かつ円形状又は等方的な多角形状の横断面を有する長尺形状に形成されるターゲットの製造方法において、
ターゲットの長手方向の一端側から核融合燃料のイオンが注入され、該イオンが前記一端側から該一端側に対向する他端側に向かうようにターゲット内部の反応物質に送られ、レーザ光がターゲットの側面からターゲット内部の反応物質に照射されて、核融合反応が誘起される構成となっている、ターゲットの製造方法であって、
前記反応物質により構成されるとともに円形状又は等方的な多角形状の横断面を有する反応部を形成するステップと、
電解物質により構成されるとともに前記反応部の横断面の中心を通って長手方向に延びる中心電極部、及び電解物質により構成されるとともに前記反応部の外周に配置される外側電極部を形成するステップと、
反応物質よりも剛性の高い補強材料により構成されるとともに前記外側電極部の外周に配置される保持部を形成するステップと、
前記反応部、前記中心電極部、前記外側電極部、及び前記保持部の組立体、並びに除去可能な物質により構成される除去部を、ターゲットの長手方向に交互に配置するステップと、
前記除去部を除去するステップと
を含む、ターゲットの製造方法。
【請求項４】
前記除去部が前記反応部と同じ反応物質により構成される、請求項３に記載のターゲットの製造方法。
【請求項５】
前記中心電極部が、前記反応部の中心に形成された貫通孔に電極物質を充填することによって形成され、
前記外側電極部が、前記反応部の外周に形成された貫通孔及び／又は溝に電極物質を充填することによって形成される、請求項３又は４に記載のターゲットの製造方法。
【請求項６】
前記中心電極部が、前記反応部の片面側から前記除去部の横断面中心に突出するように形成される、請求項５に記載のターゲットの製造方法。
【請求項７】
前記中心電極部が、前記除去部の中心に形成された貫通孔に電解物質を充填することによって形成される、請求項５に記載のターゲットの製造方法。
【請求項８】
レーザ核融合に用いられ、かつ円形状又は等方的な多角形状の横断面を有する長尺形状に形成されるターゲットの製造方法において、
ターゲットの長手方向の一端側から核融合燃料のイオンが注入され、該イオンが前記一端側から該一端側に対向する他端側に向かうようにターゲット内部の反応物質に送られ、レーザ光がターゲットの側面からターゲット内部の反応物質に照射されて、核融合反応が誘起される構成となっている、ターゲットの製造方法であって、
前記反応物質により構成されるとともに円形状又は等方的な多角形状の横断面を有する反応部を形成するステップと、
電解物質により構成されるとともに前記反応部の横断面の中心を通って長手方向に延びる中心電極部、及び電解物質により構成されるとともに前記反応部の外周に配置される外側電極部を形成するステップと、
反応物質よりも剛性の高い補強材料により構成されるとともに前記外側電極部の外周に配置される保持部を形成するステップと、
前記反応部、前記中心電極部、前記外側電極部、及び前記保持部の組立体同士を、ターゲットの長手方向に交互に配置するステップと、
前記反応部をターゲットの長手方向に複数に分離するように前記反応部の一部を除去するステップと
を含む、ターゲットの製造方法。
【請求項９】
前記中心電極部が、前記反応部の中心に形成された貫通孔に電極物質を充填することによって形成され、前記外側電極部が、前記反応部の外周に長手方向に貫通しないように形成された溝に電極物質を充填することによって形成される、請求項８に記載のターゲットの製造方法。
【請求項１０】
前記中心電極部と前記反応部との間の境界よりも外周側で前記反応部を通るとともに長手方向に延びる平面に沿って、前記反応部、前記外側電極部、及び前記保持部を切断することによって、前記反応部をターゲット外部に露出させるための窓部が形成される、請求項３〜９のいずれか一項に記載のターゲットの製造方法。
【請求項１１】
前記外側電極部及び前記保持部を一緒に切り欠くことによって、前記反応部をターゲット外部に露出させるための窓部が形成される、請求項３〜９のいずれか一項に記載のターゲットの製造方法。
【請求項１２】
前記保持部は、ターゲットを保持可能とするように、ターゲットの横断面視で前記外側電極部の外周の少なくとも３箇所に位置している、請求項１〜９のいずれか一項に記載のターゲットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ核融合に用いられるターゲットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電等に用いられるエネルギーの生成に関して、化石燃料に依存しない核融合技術の開発が進められている。このような核融合技術では、高温かつ高圧のプラズマを発生させ、発生したプラズマを一箇所に留めている間に核融合反応を誘起している。核融合の方式の一つとして、高温かつ高圧のプラズマを一箇所に留めるために、プラズマ自体の慣性を利用する方式があり、このような方式を「慣性閉じ込め方式」と呼んでいる。
【０００３】
慣性閉じ込め方式の核融合の一つでは、「ターゲット」と呼ばれる（又は、「ペレット」若しくは「ホーラム」と呼ばれる）部材に、高強度のレーザ光を照射することによって、爆縮（圧縮）を生じさせて、この爆縮によって高密度（すなわち、高温かつ高圧）のプラズマを生成して、このプラズマがターゲット内の一箇所に留まっている間に核融合反応を誘起している。このような核融合を「レーザ核融合」と呼んでいる。
【０００４】
レーザ核融合に用いられるターゲットは、一般的に円筒形状又は球形状に形成されており、このようなターゲットの外周には表面層が設けられている。この表面層の外周表面に複数のレーザ光を均一に照射することによって、ターゲットを急激に加熱、爆発、及び放射化して、その結果、ターゲットの内部が、その固体密度に対して約１００倍〜１００００倍に爆縮されることとなる。
【０００５】
このようなレーザ核融合の一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１では、高強度のレーザ光を用いて高エネルギー粒子を発生させ、高エネルギー粒子をターゲットに照射し、ターゲットにて核融合反応を誘起している。
【０００６】
また近年、レーザ核融合については、超高強度かつ超短パルスのレーザ光（ペタワットレーザ光）を利用した方式が開発されている。この方式は「高速点火方式」と呼ばれている。
【０００７】
このような高速点火方式のレーザ核融合の一例が、特許文献２に開示されている。特許文献２では、ターゲットに、中空の球形状に形成された主燃料部が設けられており、さらに、中空の円錐形状に形成された点火用燃料部が設けられている。点火用燃料部の先細りした先端及び先端に対向する基端には、開口が形成されている。この点火用燃料部が、その先端を主燃料部に挿入するように主燃料部の中心に接近させた状態で、主燃料部に取付けられている。主燃料部には、その中空部分の周囲に核融合燃料層が設けられ、さらに、この核融合燃料層の外周表面上に第１アブレータ層が設けられている。点火用燃料部の基端の開口を塞ぐように点火用燃料層が設けられ、かつ点火用燃料層の外周表面上に第２アブレータ層が設けられている。このようなターゲットにおいて、主燃料部の外周表面にペタワットレーザ光を照射することによって主燃料層を圧縮しており、さらに、点火用燃料部の基端の開口に別のペタワットレーザ光を照射することによって、点火用燃料層を、加速するとともに圧縮された主燃料層に衝突させている。その結果、エネルギーが生成されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１０７４９４号公報
【特許文献２】特開２００５−２４１４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に示されるような従来のレーザ核融合技術では、発電のように多くのエネルギーを連続的に供給する必要性に応じて、効率的にエネルギーを生成することが達成できていない。このような従来のレーザ核融合技術では、密度の異なる流体間の境界に生じる凹凸によって発生する擾乱に起因して、流体の運動が不安定となる現象が発生する。このような現象は「レイリー・テイラーの不安定性」と呼ばれている。この「レイリー・テイラーの不安定性」の影響のために、従来のレーザ核融合技術では、ターゲット内部を効率的かつ均一に断熱かつ圧縮することが難しくなっている。そこで、このような課題を解決する以外に、従来のレーザ核融合の手法とは異なる新たなレーザ核融合の手法を提案することもまた望まれている。
【００１０】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、効率的にエネルギーを生成可能とすべく提案される新たなレーザ核融合に用いられるターゲットを高い精度で、かつ容易に作製可能とするターゲットの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
課題を解決するために、本発明の第１実施形態及び第２実施形態に係るターゲットの製造方法は、レーザ核融合に用いられる長尺形状のターゲットの製造方法において、ターゲットの長手方向の一端側から核融合燃料のイオンが注入され、前記イオンが前記一端側から該一端側に対向する他端側に向かうようにターゲット内部の反応物質に送られ、レーザ光がターゲットの側面からターゲット内部の反応物質に照射されて、核融合反応が誘起される構成となっている、ターゲットの製造方法であって、電解物質により構成されるとともにターゲットの長手方向に沿って層上に形成される中心電極部の両外側面上に、反応物質により構成される反応部の中間層を配置し、前記反応部の各中間層の外側面上に、電解物質により構成される外側電極部の中間層を配置し、前記外側電極部の各中間層の外側面上に、反応物質よりも剛性の高い補強材料から構成される保持部の中間層を配置して、積層構造体を形成するステップと、前記反応部を前記中心電極部の外周に形成し、前記外側電極部を、ターゲットの長手方向に複数に分離した状態で前記反応部の外周に形成し、かつ前記保持部を前記外側電極部の外周に形成するステップであって、前記反応部の表側層が、前記積層構造体の長手方向に沿った積層状表側面に形成した凹部内に反応物質を充填することによって形成され、前記反応部の裏側層が、前記積層構造体の表側面に対向する裏側面に形成した凹部内に反応物質を充填することによって形成され、前記外側電極部の表側層が、前記積層構造体の表側面上に電解物質を蒸着することによって形成され、かつターゲットの長手方向に複数に分離され、前記外側電極部の裏側層が、前記反応部の裏側面上に電解物質を蒸着することによって形成され、かつターゲットの長手方向に複数に分離され、前記外側電極部の中間層がターゲットの長手方向に複数に分離され、前記保持部の裏側層が、前記外側電極部の裏側層の裏側面上に反応物質よりも剛性の高い補強材料を充填することによって形成される、ステップとを含む。
【００１２】
第１実施形態及び第２実施形態に係るターゲットの製造方法では、前記積層構造体を形成するステップが、前記積層構造体の長手方向の両端部に、反応物質よりも剛性の高い補強材料により構成された補助保持部を配置することを含む。
【００１３】
課題を解決するために、本発明の第３実施形態に係るターゲットの製造方法は、レーザ核融合に用いられ、かつ円形状又は等方的な多角形状の横断面を有する長尺形状に形成されるターゲットの製造方法において、ターゲットの長手方向の一端側から核融合燃料のイオンが注入され、該イオンが前記一端側から該一端側に対向する他端側に向かうようにターゲット内部の反応物質に送られ、レーザ光がターゲットの側面からターゲット内部の反応物質に照射されて、核融合反応が誘起される構成となっている、ターゲットの製造方法であって、前記反応物質により構成されるとともに円形状又は等方的な多角形状の横断面を有する反応部を形成するステップと、電解物質により構成されるとともに前記反応部の横断面の中心を通って長手方向に延びる中心電極部、及び電解物質により構成されるとともに前記反応部の外周に配置される外側電極部を形成するステップと、反応物質よりも剛性の高い補強材料により構成されるとともに前記外側電極部の外周に配置される保持部を形成するステップと、前記反応部、前記中心電極部、前記外側電極部、及び前記保持部の組立体、並びに除去可能な物質により構成される除去部を、ターゲットの長手方向に交互に配置するステップと、前記除去部を除去するステップとを含む。
【００１４】
第３実施形態に係るターゲットの製造方法では、前記除去部が前記反応部と同じ反応物質により構成される。
【００１５】
第３実施形態に係るターゲットの製造方法では、前記中心電極部が、前記反応部の中心に形成された貫通孔に電極物質を充填することによって形成され、前記外側電極部が、前記反応部の外周に形成された貫通孔及び／又は溝に電極物質を充填することによって形成される。
【００１６】
第３実施形態に係るターゲットの製造方法では、前記中心電極部が、前記反応部の片面側から前記除去部の横断面中心に突出するように形成される。
【００１７】
第３実施形態に係るターゲットの製造方法では、前記中心電極部が、前記除去部の中心に形成された貫通孔に電解物質を充填することによって形成される。
【００１８】
課題を解決するために、本発明の第４実施形態に係るターゲットの製造方法は、レーザ核融合に用いられ、かつ円形状又は等方的な多角形状の横断面を有する長尺形状に形成されるターゲットの製造方法において、ターゲットの長手方向の一端側から核融合燃料のイオンが注入され、該イオンが前記一端側から該一端側に対向する他端側に向かうようにターゲット内部の反応物質に送られ、レーザ光がターゲットの側面からターゲット内部の反応物質に照射されて、核融合反応が誘起される構成となっている、ターゲットの製造方法であって、前記反応物質により構成されるとともに円形状又は等方的な多角形状の横断面を有する反応部を形成するステップと、電解物質により構成されるとともに前記反応部の横断面の中心を通って長手方向に延びる中心電極部、及び電解物質により構成されるとともに前記反応部の外周に配置される外側電極部を形成するステップと、反応物質よりも剛性の高い補強材料により構成されるとともに前記外側電極部の外周に配置される保持部を形成するステップと、前記反応部、前記中心電極部、前記外側電極部、及び前記保持部の組立体同士を、ターゲットの長手方向に交互に配置するステップと、前記反応部をターゲットの長手方向に複数に分離するように前記反応部の一部を除去するステップとを含む。
【００１９】
第４実施形態に係るターゲットの製造方法では、前記中心電極部が、前記反応部の中心に形成された貫通孔に電極物質を充填することによって形成され、前記外側電極部が、前記反応部の外周に長手方向に貫通しないように形成された溝に電極物質を充填することによって形成される。
【００２０】
また、第３実施形態及び第４実施形態に係るターゲットの製造方法は、下記（ａ）又は（ｂ）のようであると好ましい。
（ａ）前記中心電極部と前記反応部との間の境界よりも外周側で前記反応部を通るとともに長手方向に延びる平面に沿って、前記反応部、前記外側電極部、及び前記保持部を切断することによって、前記反応部をターゲット外部に露出させるための窓部が形成される。
（ｂ）前記外側電極部及び前記保持部を一緒に切り欠くことによって、前記反応部をターゲット外部に露出させるための窓部が形成される。
【００２１】
さらに、第１実施形態〜第４実施形態に係るターゲットの製造方法では、前記保持部は、ターゲットを保持可能とするように、ターゲットの横断面視で前記外側電極部の外周の少なくとも３箇所に位置していると好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明のターゲットの製造方法は、レーザ核融合に用いられる長尺形状のターゲットの製造方法において、ターゲットの長手方向の一端側から核融合燃料のイオンが注入され、前記イオンが前記一端側から該一端側に対向する他端側に向かうようにターゲット内部の反応物質に送られ、レーザ光がターゲットの側面からターゲット内部の反応物質に照射されて、核融合反応が誘起される構成となっている、ターゲットの製造方法であって、電解物質により構成されるとともにターゲットの長手方向に沿って層上に形成される中心電極部の両外側面上に、反応物質により構成される反応部の中間層を配置し、前記反応部の各中間層の外側面上に、電解物質により構成される外側電極部の中間層を配置し、前記外側電極部の各中間層の外側面上に、反応物質よりも剛性の高い補強材料から構成される保持部の中間層を配置して、積層構造体を形成するステップと、前記反応部を前記中心電極部の外周に形成し、前記外側電極部を、ターゲットの長手方向に複数に分離した状態で前記反応部の外周に形成し、かつ前記保持部を前記外側電極部の外周に形成するステップであって、前記反応部の表側層が、前記積層構造体の長手方向に沿った積層状表側面に形成した凹部内に反応物質を充填することによって形成され、前記反応部の裏側層が、前記積層構造体の表側面に対向する裏側面に形成した凹部内に反応物質を充填することによって形成され、前記外側電極部の表側層が、前記積層構造体の表側面上に電解物質を蒸着することによって形成され、かつターゲットの長手方向に複数に分離され、前記外側電極部の裏側層が、前記反応部の裏側面上に電解物質を蒸着することによって形成され、かつターゲットの長手方向に複数に分離され、前記外側電極部の中間層がターゲットの長手方向に複数に分離され、前記保持部の裏側層が、前記外側電極部の裏側層の裏側面上に反応物質よりも剛性の高い補強材料を充填することによって形成される、ステップとを含む。
そのため、ターゲットの外周側からのレーザ光によって前記反応部にはさらなるイオンが加えられ、さらに、前記反応部では、前記レーザ光の照射によって電子が移動する一方でイオンが残されることとなる。その結果、前記反応部に電場が形成されること等によって、イオンが加速されることとなり、核融合反応が、ターゲットの一端から他端に向かって増幅するとともに連続して発生することとなる。また、このような核融合においては、従来のレーザ核融合とは異なり、ターゲット内にてイオンを効率的に生成かつ均一な方向に加速させることが重要となる。ここで、前記反応部にてイオンを加速させる電場等の方向は、長手方向に間隔を空けた前記反応部の平面に対して垂直になる傾向がある。従って、ターゲットの長手方向に間隔を空けた前記反応部の平面を、イオンの加速方向に一致するターゲットの長手方向に対して、垂直に配置することによって、前記反応部にて電場等により加速されたイオンが、ターゲットの一端から他端に向かって効率的に送られることとなる。
また、前記積層構造体は、シンプルな構造であるので容易に作製でき、ひいては前記積層構造体の形状精度を高めることができる。このような積層構造体を用いてターゲットは作製されるので、ターゲットを容易に製造でき、ひいてはターゲットの形状精度を高めることができる。このような形状精度の高いターゲットによって、核融合反応を効率的に発生させることができる。
【００２３】
本発明のターゲットの製造方法では、前記積層構造体を形成するステップが、前記積層構造体の長手方向の両端部に、反応物質よりも剛性の高い補強材料により構成された補助保持部を配置することを含むので、前記保持部と前記補助保持部とによって、ターゲットが確実に保護されることとなる。そのため、ターゲットの作製時、保管時、及び運用時に、外部から加えられる力によってターゲットが変形することを確実に防止できる。よって、さらに高い形状精度を有するターゲットを容易に製造できる。
【００２４】
本発明のターゲットの製造方法は、レーザ核融合に用いられ、かつ円形状又は等方的な多角形状の横断面を有する長尺形状に形成されるターゲットの製造方法において、ターゲットの長手方向の一端側から核融合燃料のイオンが注入され、該イオンが前記一端側から該一端側に対向する他端側に向かうようにターゲット内部の反応物質に送られ、レーザ光がターゲットの側面からターゲット内部の反応物質に照射されて、核融合反応が誘起される構成となっている、ターゲットの製造方法であって、前記反応物質により構成されるとともに円形状又は等方的な多角形状の横断面を有する反応部を形成するステップと、電解物質により構成されるとともに前記反応部の横断面の中心を通って長手方向に延びる中心電極部、及び電解物質により構成されるとともに前記反応部の外周に配置される外側電極部を形成するステップと、反応物質よりも剛性の高い補強材料により構成されるとともに前記外側電極部の外周に配置される保持部を形成するステップと、前記反応部、前記中心電極部、前記外側電極部、及び前記保持部の組立体、並びに除去可能な物質により構成される除去部を、ターゲットの長手方向に交互に配置するステップと、前記除去部を除去するステップとを含む。
そのため、ターゲットの外周側からのレーザ光によって前記反応部にはさらなるイオンが加えられ、さらに、前記反応部では、前記レーザ光の照射によって電子が移動する一方でイオンが残されることとなる。その結果、前記反応部に電場が形成されること等によって、イオンが加速されることとなり、核融合反応が、ターゲットの一端から他端に向かって増幅するとともに連続して発生することとなる。また、このような核融合においては、従来のレーザ核融合とは異なり、ターゲット内にてイオンを効率的に生成かつ均一な方向に加速させることが重要となる。ここで、前記反応部にてイオンを加速させる電場等の方向は、前記反応部の平面に対して垂直になる傾向がある。従って、イオンの加速方向に一致するターゲットの長手方向に対して、前記複数の反応部の平面を垂直に配置することによって、前記反応部にて電場等により加速されたイオンが、ターゲットの他端側で隣接する前記反応部に効率的に送られることとなる。
また、各反応部にて比較的作製し難い前記中心電極部、前記外側電極部、及び前記保持部を予め形成して、その後、このような前記中心電極部、前記反応部、前記外側電極部、及び前記保持部の組立体を、互いに長手方向に間隔を空けて配置している。そのため、前記反応部内で前記中心電極部及び前記外側電極部を予め高い精度で形成でき、ターゲットを高い精度で作製できる。さらに、前記反応部間に配置された前記除去部を除去することによって、互いに間隔を空けて配置された複数の反応部を容易に形成できる。従って、ターゲットを容易に作製できる。
【００２５】
本発明のターゲットの製造方法では、前記除去部が前記反応部と同じ反応物質により構成されるので、例えば、前記反応部の体積を調節するために、前記反応部の一部をレーザ加工により除去する際に、前記反応部の一部と一緒に前記除去部を除去することによって、ターゲットをさらに効率的に作製できる。
【００２６】
本発明のターゲットの製造方法では、前記中心電極部が、前記反応部の中心に形成された貫通孔に電極物質を充填することによって形成され、前記外側電極部が、前記反応部の外周に形成された貫通孔及び／又は溝に電極物質を充填することによって形成されるので、前記中心電極と前記外側電極とを容易に形成できる。よって、ターゲットをさらに容易に作製できる。
【００２７】
本発明のターゲットの製造方法では、前記中心電極部が、前記反応部の片面側から前記除去部の横断面中心に突出するように形成されるので、前記反応部及び前記除去部に対応する中心電極部が一緒に形成され、前記中心電極部を効率的に形成できる。よって、ターゲットをさらに容易に作製できる。
【００２８】
本発明のターゲットの製造方法では、前記中心電極部が、前記除去部の中心に形成された貫通孔に電解物質を充填することによって形成されるので、前記除去部の中心電極部を容易に形成でき、前記中心電極部を効率的に形成できる。よって、ターゲットをさらに容易に作製できる。
【００２９】
本発明のターゲットの製造方法は、レーザ核融合に用いられ、かつ円形状又は等方的な多角形状の横断面を有する長尺形状に形成されるターゲットの製造方法において、ターゲットの長手方向の一端側から核融合燃料のイオンが注入され、該イオンが前記一端側から該一端側に対向する他端側に向かうようにターゲット内部の反応物質に送られ、レーザ光がターゲットの側面からターゲット内部の反応物質に照射されて、核融合反応が誘起される構成となっている、ターゲットの製造方法であって、前記反応物質により構成されるとともに円形状又は等方的な多角形状の横断面を有する反応部を形成するステップと、電解物質により構成されるとともに前記反応部の横断面の中心を通って長手方向に延びる中心電極部、及び電解物質により構成されるとともに前記反応部の外周に配置される外側電極部を形成するステップと、反応物質よりも剛性の高い補強材料により構成されるとともに前記外側電極部の外周に配置される保持部を形成するステップと、前記反応部、前記中心電極部、前記外側電極部、及び前記保持部の組立体同士を、ターゲットの長手方向に交互に配置するステップと、前記反応部をターゲットの長手方向に複数に分離するように前記反応部の一部を除去するステップとを含む。
このように製造されたターゲットでは、核融合反応を誘起する際に、前記レーザ光によって前記反応部にはさらなるイオンが加えられ、前記反応部では前記レーザ光の照射によって電子が移動する一方でイオンが残されることとなる。この残されたイオンと前記レーザ光との間にシース電場が形成されて、イオンが加速される。従って、核融合反応は、ターゲットの前記反応部の一端側から他端側に向かって増幅するとともに連続して発生することとなる。このような核融合においては、ターゲット内部を効率的かつ均一に断熱かつ圧縮するという従来のレーザ核融合の課題を避けて、ターゲット内にてイオンを効率的に生成かつ均一な方向に加速させることによって、効率的にエネルギーを生成できる。
また、各反応部にて比較的作製し難い前記中心電極部、前記外側電極部、及び前記保持部を予め形成して、その後、このような前記中心電極部、前記反応部、前記外側電極部、及び前記保持部の組立体を積層することとなる。従って、前記反応部内で前記中心電極部及び前記外側電極部を予め高い精度で、かつ容易に形成でき、ターゲットを高い精度で、かつ容易に作製できる。
【００３０】
本発明のターゲットの製造方法では、前記中心電極部が、前記反応部の中心に形成された貫通孔に電極物質を充填することによって形成され、前記外側電極部が、前記反応部の外周に長手方向に貫通しないように形成された溝に電極物質を充填することによって形成されるので、前記中心電極部を容易に形成でき、各外側電極部を互いに絶縁した状態で容易に形成できる。よって、ターゲットをさらに容易に作製できる。
【００３１】
本発明のターゲットの製造方法は、前記中心電極部と前記反応部との間の境界よりも外周側で前記反応部を通るとともに長手方向に延びる平面に沿って、前記反応部、前記外側電極部、及び前記保持部を切断することによって、前記反応部をターゲット外部に露出させるための窓部が形成される。または、前記外側電極部及び前記保持部を一緒に切り欠くことによって、前記反応部をターゲット外部に露出させるための窓部が形成される。そのため、前記レーザ光を前記反応部に照射するための前記窓部を、容易に形成できる。よって、ターゲットをさらに容易に作製できる。
【００３２】
本発明のターゲットの製造方法では、前記保持部は、ターゲットを保持可能とするように、ターゲットの横断面視で前記外側電極部の外周の少なくとも３箇所に位置しているので、ターゲットが前記保持部によって安定して保持され、ターゲットの変形を確実に防止でき、かつターゲットを安定して保持した状態で加工できる。よって、ターゲットをより高い精度で作製できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る製造方法によって作製されるターゲットを概略的に示す斜視図である。
【図２】（ａ）図１のＡ−Ａ断面図である。（ｂ）図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】第１実施形態に係るターゲットの製造方法に用いられる積層構造体を概略的に示す斜視図である。
【図４】（ａ）図３の積層構造体の横断面図である。（ｂ）図４（ａ）の積層構造体の表側面に外側電極部の表側層を形成した状態を示す横断面図である。（ｃ）図４（ｂ）の外側電極部の表側層上にフォトレジストを塗布した状態を示す横断面図である。（ｄ）図４（ｃ）のフォトレジストの一部を除去した状態を示す横断面図である。（ｅ）図４（ｄ）の除去されたフォトレジストの一部に対応して反応部の一部及び外側電極部の一部を除去することによって、窓部及び表側凹部を形成した状態を示す横断面図である。（ｆ）図４（ｅ）の残されたフォトレジストを除去した状態を示す横断面図である。（ｇ）図４（ｆ）の積層構造体に裏側面に裏側凹部を形成した状態を示す横断面図である。（ｈ）図４（ｇ）の裏側凹部内で中心電極部の裏側面上に反応部の裏側層を形成した状態を示す横断面図である。（ｉ）図４（ｈ）における反応部の裏側層の表面を平坦に切削した状態を示す横断面図である。（ｊ）図４（ｉ）の裏側凹部内における反応部の裏側層の表面に、外側電極部の裏側層を形成した状態を示す横断面図である。（ｋ）図４（ｊ）の裏側凹部内における外側電極部の裏側層の表面上に保持部の裏側層を形成した状態を示す横断面図である。（ｌ）図４（ｋ）の窓部及び表側凹部に反応部の表側層を形成した状態を示す横断面図である。
【図５】（ａ）図４（ｌ）における反応部の表側層の表面を平坦に切削した状態を概略的に示す斜視図である。（ｂ）図５（ａ）の補助保持部を切断によって除去した際の切断面を示す図である。
【図６】（ａ）図５（ｂ）の表側面側からレーザ加工を施すための切削パターンを概略的に示す平面図である。（ｂ）図６（ａ）の切削パターンによりレーザ加工を施した状態を示す平面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る製造方法によって作製されるターゲットを、図１のＡ−Ａ断面と同様に示す横断面図である。
【図８】（ａ）第２実施形態に係る製造方法に用いられる積層構造体の横断面図である。（ｂ）図８（ａ）の積層構造体の表側面に表側凹部を形成した状態を示す横断面図である。（ｃ）図８（ｂ）の積層構造体に裏側面に裏側凹部を形成した状態を示す横断面図である。（ｄ）図８（ｃ）の表側凹部に反応部の表側層を形成した状態を示す横断面図である。（ｅ）図８（ｄ）の裏側凹部内で中心電極部の裏側面上に反応部の裏側層を形成した状態を示す横断面図である。（ｆ）図８（ｅ）における反応部の裏側層の表面を平坦に切削した状態を示す横断面図である。（ｇ）図８（ｆ）の裏側凹部内における反応部の裏側層の表面に、外側電極部の裏側層を形成した状態を示す横断面図である。（ｈ）図８（ｇ）の裏側凹部内における外側電極部の裏側層の表面上に保持部の裏側層を形成した状態を示す横断面図である。（ｉ）図８（ｈ）の表側面に外側電極部の表側層を形成した状態を示す横断面図である。（ｊ）図８（ｉ）の外側電極部の表側層上にフォトレジストを塗布した状態を示す横断面図である。（ｋ）図８（ｊ）のフォトレジストの一部を除去した状態を示す横断面図である。（ｌ）図８（ｋ）の除去されたフォトレジストの一部に対応して外側電極部の一部を除去することによって、窓部を形成した状態を示す横断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る製造方法により作製されるターゲットを概略的に示す側面図である。
【図１０】（ａ）図９のターゲットにおけるイオン入射側領域の概略縦断面図である。（ｂ）図９のターゲットにおけるイオン入射側領域の反応部を配置した範囲の概略横断面図である。
【図１１】（ａ）第３実施形態係る製造方法においてターゲットの反応部を形成するための低密度フォームシートの縦断面図である。（ｂ）図１１（ａ）の低密度フォームシートを厚さ方向に圧縮することによって反応部を形成した状態を示す縦断面図である。（ｃ）図１１（ｂ）の反応部の外周に保持部を取付けた状態を示す縦断面図である。（ｄ）図１１（ｃ）の反応部に貫通孔を形成し、かつ図１１（ｃ）の保持部に貫通孔及び下側縁溝を形成した状態を示す横断面図である。（ｅ）図１１（ｄ）の反応部の貫通孔に中心電極部を形成し、かつ図１１（ｄ）の保持部の貫通孔及び下側縁溝に外側電極部を形成した状態を示す横断面図である。（ｆ）図１１（ｅ）の縦断面図である。（ｇ）図１１（ｅ）及び図１１（ｆ）の組立体と、除去部とを交互に配置した状態を示す縦断面図である。（ｈ）図１１（ｇ）の組立体及び除去部を圧着した状態を示す縦断面図である。（ｉ）図１１（ｇ）の積層組立体を切断することによって窓部を形成した状態を示す縦断面図である。
【図１２】（ａ）本発明の第４実施形態に係る製造方法に用いられる反応部、中心電極部、外側電極部、及び保持部の組立体の横断面図である。（ｂ）図１２（ａ）の組立体の縦断面図である。（ｃ）図１２（ａ）及び図１２（ｂ）の組立体を交互に積層した状態を示す縦断面図である。（ｄ）図１２（ｃ）の積層組立体を切断することによって窓部を形成した状態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係るターゲットの製造方法を説明する。
まず、第１実施形態に係る製造方法により作製されるターゲットについて、図１、図２（ａ）、及び図２（ｂ）を参照して説明する。ターゲット１は、略四角形状の横断面を有する長尺形状に形成されている。ターゲット１の内部には、電解物質により構成された中心電極部２が、ターゲット１の長手方向に沿って配置されており、中心電極部２の横断面は略四角形状に形成されている。中心電極部２の外周には、核融合燃料の反応物質により構成された反応部３が、ターゲット１の長手方向に沿って配置されている。反応部３の外周には、電解物質により構成された外側電極部４がターゲット１の長手方向に複数に分離された状態で配置されている。なお、図１では、一例として６分割された外側電極部４を示しているが、外側電極部４は２つ以上に分割されていればよい。外側電極部４の外周には、保持部５が設けられている。保持部５は、反応物質より剛性の高い補強材料により構成されている。また、ターゲット１の一側面（以下、「表側面」という）１ａには、反応部３をターゲット１の外部に露出させるように開口する窓部６が形成されている。なお、反応部３の反応物質は、核融合がＤＴ反応系である場合、重水素、三重水素、又は重水素若しくは三重水素を構成元素として含む炭化水素の分子若しくは高分子（例えば、ＣｘＤｙ、ＣｘＴｙ）等であるとよく、核融合がｐＢ反応系である場合、固体のデカボラン（Ｂ１０Ｈ１４）であるとよい。中心電極部２及び／又は外側電極部４の電解物質は、一例として、アルミニウム、ホウ素、及び／又はマグネシウムとなっているとよい。
【００３５】
反応部３について、図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して説明する。
反応部３は、横断面視で中心電極部２の外周に配置された表側層３ａ、裏側層３ｂ、及び一対の中間層３ｃを有している。表側層３ａは、窓部６によってターゲット１の表側面１ａで露出している。裏側層３ｂは、横断面視で、中心電極部２を挟んで表側層３ａに対向して配置されている。中間層３ｃは、表側層３ａと裏側層３ｂとの間で延在している。一例として、ターゲット１内に設けられる複数の反応部３における反応物質の密度は、ターゲット１全体に反応物質を設けた場合の反応物質の密度に対して約１０％となっているとよい。
【００３６】
外側電極部４について、図１、図２（ａ）、及び図２（ｂ）を参照して説明する。
外側電極部４の横断面は、略ハット形状に形成されており、外側電極部４は、横断面視でターゲット１の表側面１ａに沿って配置された一対の表側層４ａと、反応部３の外周に配置された裏側層４ｂ、及び一対の中間層４ｃを有している。一対の表側層４ａは、ターゲット１の表側面１ａで、ターゲット１の長手方向に直交する方向に互いに間隔を空けて配置されている。裏側層４ｂは、横断面視で反応部３を挟んで表側層４ａに対向して配置されている。一対の中間層４ｃは、それぞれ一対の表側層４ａと裏側層４ｂとの間で延在している。
【００３７】
保持部５について、図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して説明する。
保持部５は、外側電極部４の外周に配置された裏側層５ａ、及び一対の中間層５ｂを有している。裏側層５ａは、ターゲット１の表側面１ａに対向する一側面（以下、「裏側面」という）１ｂに沿って配置されている。中間層５ｂは、ターゲット１における表側面１ａと裏側面１ｂとの間の一側面（以下、「中間側面」という）１ｃに沿って配置されている。
【００３８】
ここで、図３及び図４（ａ）を参照して、ターゲット１の製造に用いる積層構造体７について説明する。
積層構造体７は、中心電極部２、反応部３の中間層３ｃ、外側電極部４の中間層４ｃ、及び保持部５の中間層５ｂを積層することによって形成されている。詳細には、中心電極部２の両面上に、それぞれ反応部３の中間層３ｃが重ねて配置されている。反応部３の中間層３ｃの外側面上に、外側電極部４の中間層４ｃが重ねて配置されている。外側電極部４の中間層４ｃの外側面上に、保持部５の中間層５ｂが重ねて配置されている。さらに、積層構造体７の長手方向の両端には、補助保持部８が配置されている。このような積層構造体７では、横断面視で、各層の積層断面に沿った一側面（以下、「表側面」という）７ａが、ターゲット１の表側面１ａに対応するものとする。積層構造体７の表側面７ａに対向する一側面（以下、「裏側面」という）７ｂが、ターゲット１の裏側面１ｂに対応するものとする。保持部５の中間層５ｂに沿った側面（以下、「中間側面」という）７ｃが、ターゲット１の中間側面１ｃに対応するものとする。
【００３９】
本発明の第１実施形態に係るターゲット１の製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。
（ステップ１−１）図３及び図４（ａ）に示すように、中心電極部２の両面上に反応部３の中間層３ｃを配置する。各反応部３の中間層３ｃの外側面上に外側電極部４の中間層４ｃを配置する。各外側電極部４の中間層４ｃの外側面上に保持部５の中間層５ｂを配置した状態で各層を圧着する。さらに、圧着した各層の組立体における長手方向の両端に補助保持部８を圧着して、積層構造体７を作製する。
（ステップ１−２）図４（ｂ）に示すように、積層構造体７の表側面７ａに電解物質を蒸着して、外側電極部４の表側層４ａを形成する。
（ステップ１−３）図４（ｃ）に示すように、外側電極部４の表側層４ａの表面上にフォトレジスト９を塗布して、このフォトレジスト９のレジストパターンを感光する。このレジストパターンは、一対の外側電極部４の間に配置された開口形成領域９ａ（図４（ｄ）を参照）と、外側電極部４を互いに長手方向に分離するように形成した複数の電極分離領域（図示せず）とを有している。具体的には、開口形成領域９ａは、図４（ｄ）に示すように、表側層４ａの表面の幅方向中央で長手方向に延びるように形成されている。また、複数の電極分離領域は、表側層４ａの表面で互いに長手方向に間隔を空けて配置され、かつそれぞれ表側層４ａの表面の幅全体に延びるように形成されている。
（ステップ１−４）図４（ｄ）に示すように、レジストパターンを感光したフォトレジスト９を現像した後に洗浄して、フォトレジスト９の一部を除去する。
（ステップ１−５）図４（ｅ）に示すように、除去されたフォトレジスト９の一部に対応して、外側電極部４の表側層４ａの一部をエッチング処理により除去して、窓部６を形成する。このとき、積層構造体７の表側面７ａで露出する中心電極部２の一部もまた、エッチング処理により除去して、表側凹部１０を形成する。
（ステップ１−６）図４（ｆ）に示すように、残されたフォトレジスト９を外側電極部４の表側層４ａの表面から除去する。
（ステップ１−７）図４（ｇ）に示すように、積層構造体７に裏側凹部１１を形成する。この裏側凹部１１は、横断面視で、中心電極部２と積層構造体７の裏側面７ｂとの間で延びる台形形状に形成されている。
（ステップ１−８）図４（ｈ）に示すように、裏側凹部１１内に反応物質を充填して、中心電極部２の裏側面上に反応部３の裏側層３ｂを形成する。
（ステップ１−９）図４（ｉ）に示すように、外側電極部４の中間層４ｃの一部を裏側凹部１１内で露出させるように、反応部３の裏側層３ｂの表面を平坦に切削する。
（ステップ１−１０）図４（ｊ）に示すように、外側電極部４の表側層４ａに対応して積層構造体７の長手方向に間隔を空けるように、裏側凹部１１内における反応部３の裏側層３ｂの表面に電解物質をパターン蒸着して、外側電極部４の裏側層４ｂを形成する。
（ステップ１−１１）図４（ｋ）に示すように、裏側凹部１１内に補強材料を充填して、外側電極部４の裏側層４ｂの表面上に保持部５の裏側層５ａを形成する。
（ステップ１−１２）図４（ｌ）に示すように、窓部６及び表側凹部１０内に反応物質を充填して、中心電極部２の表側面上に反応部３の表側層３ａを形成する。
（ステップ１−１３）図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、反応部３の表側層３ａの表面を平坦に切削する。
（ステップ１−１４）図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、積層構造体７の補助保持部８を切断して取り除く。この切断面は、図５（ｂ）に示されるようになっている。
（ステップ１−１５）図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、積層構造体７の表側面７ａ側からレーザ加工用のレーザ光を照射して、この積層構造体７の一部を切削する。このレーザ加工による切削パターン１２は、長手方向に直交する方向で互いに向き合う一対の略Ｔ字状の切削領域１２ａを、長手方向に間隔を空けて配置するように形成されている。このようなレーザ加工によって、外側電極部４の中間層４ｃが長手方向に互いに間隔を空けて形成され、反応物質の体積が調節されることとなる。すなわち、ターゲット１内に設けられる複数の反応部３における反応物質の密度が調節されることとなる。
なお、上述の蒸着は、化学蒸着（ＣＶＤ）及び物理蒸着（ＰＶＤ）のいずれであってもよい。
【００４０】
本発明の第１実施形態の製造方法により作製されたターゲット１を用いてレーザ核融合反応を発生させる方法について説明する。
シードイオンのイオンバンチをターゲット１の長手方向一端（以下、「入射端」という）に送る。入射端に送られたイオンバンチは、ターゲット１の入射端から該入射端に対向する他端（以下、「出射端」という）に向かうように反応部３に送られる。
【００４１】
イオンバンチが反応部３の各部に到達する前に、この反応部３に、ターゲット１の窓部６から第１のパルスレーザ光を照射する。さらに、イオンバンチが反応部３に到達すると同時に、この反応部３に、ターゲット１の窓部６から第２のパルスレーザ光を照射するとともに、この反応部３に電圧を印加する。
【００４２】
このような動作によってターゲット１内で発生する核融合の作用について説明する。
イオンバンチ内のシードイオンがターゲット１の反応部３に到達する前に、この反応部３に第１のパルスレーザ光が照射され、その結果、プラズマが発生して、反応部３におけるイオン（以下、「反応物質イオン」という）及び電子の温度が上昇する。反応物質イオンの温度が上昇することによって、反応物質の核的阻止能が低下することとなり、電子の温度が上昇することによって、反応物質の電子的阻止能が低下することとなる。そのため、シードイオンがターゲット１を通過する際に、シードイオンのエネルギーが反応物質イオン及び電子に奪われることが防止される。また、このような第１のパルスレーザ光が反応部３に照射されることによって、近年研究報告されている「クラスタ粒子のクーロン爆発現象」、「薄膜形状物質の高電場シース加速」等の現象のように、反応物質イオンが加速される。
【００４３】
シードイオンがターゲット１の反応部３に到達すると同時に、この反応部３に第２のパルスレーザ光を照射することによって、プラズマが発生して、シードイオンをターゲット１の入射端から出射端に向かって加速させるレーザ光圧が生じる。このとき、第１のパルスレーザ光、及び第２のパルスレーザ光の照射によって加速された反応物質イオンと、シードイオンとの間で、「クーロン弾性散乱」が生ずる。ここで、シードイオンと反応物質イオンとは同じ物質のイオンとなっているので、「クーロン弾性散乱」によって、シードイオンの運動エネルギーが反応部３内で核融合反応に伴って増加し、この運動エネルギーが反応物質イオンに引き渡されることとなる。また、加速された反応物質イオンが、シードイオンのイオンバンチに取り込まれて、イオンバンチの運動エネルギーが増加することとなる。すなわち、「クーロン弾性散乱」によって、核融合反応によって生じた運動エネルギーが、次に発生する核融合反応に寄与するイオンに与えられることとなる。
【００４４】
また、シードイオンがターゲット１の反応部３に到達すると同時に、この反応部３に電圧を印加する。この電圧印加によって反応部３に電界が生じ、この電界によって、正の電荷を有するシードイオンに対して、反応部３の外周から中心に向かう力が作用することとなる。そのため、ターゲット１の長手方向に沿って移動するシードイオンの移動方向が、「クーロン弾性散乱」等によって、ターゲット１の外部に散逸することが抑制されることとなる。
【００４５】
このような動作及び作用においては、ターゲット１の長手方向の長さは、核融合反応により発生するイオンのエネルギーの増加量と、第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光により発生する反応物質イオンのエネルギーの増加量とが、ターゲット１の加熱に必要なイオンのエネルギーを超えるような長さに設定されていると好ましい。または、ターゲット１の長さは、核融合反応によるエネルギーの増幅率が、ターゲット１の加熱により消費されるエネルギーの減衰率よりも大きくなるような長さに設定されていると好ましい。一例として、ターゲット１の長さは、核融合がＤＴ反応系の場合、３００ｍｍ以上であると好ましい。また、ターゲット１の横断面は、ターゲット１の側方から照射される第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光の集光径に対応して形成されていると好ましく、このような第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光の直径は、１０μｍ〜１００μｍであると好ましい。
【００４６】
また、これらの動作及び作用を鑑みると、第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光が反応部３に照射された瞬間に、非平衡かつ超高温のプラズマが発生し、イオンバンチは、ピコ秒単位の短い時間内に「クーロン弾性散乱」及び「核融合反応」を生じながらターゲット１内を移動することとなる。そのため、このようなターゲットを用いた核融合反応では、従来のレーザ核融合のように、プラズマに関する「レイリー・テイラーの不安定性」の影響が問題とならず、ターゲット内部を効率的かつ均一に断熱かつ圧縮するという課題が避けられることとなる。
【００４７】
以上のように本発明の第１実施形態によれば、ターゲット１の外周側からの第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光によって反応部３にはさらなるイオンが加えられ、さらに、反応部３では、第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光の照射によって電子が移動する一方でイオンが残されることとなる。その結果、反応部３に電場が形成されること等によって、イオンが加速されることとなり、核融合反応が、ターゲット１の入射端から出射端に向かって増幅するとともに連続して発生することとなる。また、このような核融合においては、従来のレーザ核融合とは異なり、ターゲット１内にてイオンを効率的に生成かつ均一な方向に加速させることが重要となる。ここで、反応部３にてイオンを加速させる電場等の方向は、反応部３の平面に対して垂直になる傾向がある。従って、ターゲット１の長手方向に間隔を空けた反応部３の平面を、イオンの加速方向に一致するターゲット１の長手方向に対して、垂直に配置することによって、反応部３にて電場等により加速されたイオンが、ターゲット１の入射端から出射端に向かって効率的に送られることとなる。
また、積層構造体７は、シンプルな構造であるので容易に作製でき、ひいては積層構造体７の形状精度を高めることができる。このような積層構造体７を用いてターゲット１は作製されるので、ターゲット１を容易に製造でき、ひいてはターゲット１の形状精度を高めることができる。このような形状精度の高いターゲット１によって、核融合反応を効率的に発生させることができる。
【００４８】
本発明の第１実施形態によれば、積層構造体７の長手方向の両端部に、補強材料により構成された補助保持部８を配置するので、保持部５と補助保持部８とによって、ターゲット１が確実に保護されることとなる。そのため、ターゲット１の作製時、保管時、及び運用時に、外部から加えられる力によってターゲット１が変形することを確実に防止できる。よって、さらに高い形状精度を有するターゲット１を容易に製造できる。
【００４９】
本発明の第１実施形態によれば、保持部５は、ターゲット１を保持可能とするように、ターゲット１の横断面視で外側電極部４の外周の少なくとも３箇所に位置しているので、ターゲット１が保持部５によって安定して保持され、ターゲット１の変形を確実に防止でき、かつターゲット１を安定して保持した状態で加工できる。よって、ターゲット１をより高い精度で作製できる。
【００５０】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係るターゲットの製造方法について以下に説明する。第２実施形態のターゲットの製造方法は、基本的には、第１実施形態のターゲットの製造方法と同様になっている。第１実施形態と同様な要素は、第１実施形態と同様の符号および名称を用いて説明する。ここでは、第１実施形態と異なる構成について説明する。
【００５１】
第２実施形態のターゲット２１では、図７に示すように、窓部２２は、一対の外側電極部４の表側電極層４ａの間に空間を設けるように形成されている。
【００５２】
本発明の第２実施形態に係るターゲット２１の製造方法について、図３、図５（ａ）、図５（ｂ）、図６、図７、及び図８（ａ）〜図８（ｌ）を参照して説明する。
（ステップ２−１）図３及び図８（ａ）に示すように、第１実施形態と同様に積層構造体７を作製する。
（ステップ２−２）図８（ｂ）に示すように、積層構造体７の表側面７ａに表側凹部２３を形成する。この表側凹部２３は、横断面視で、中心電極部２と積層構造体７の表側面７ａとの間で延びる四角形状に形成されている。
（ステップ２−３）図８（ｃ）に示すように、積層構造体７の裏側面７ｂに裏側凹部２４を形成する。この裏側凹部２４は、横断面視で、中心電極部２と積層構造体７の裏側面７ｂとの間で延びる台形形状に形成されている。
（ステップ２−４）図８（ｄ）に示すように、表側凹部２３内に反応物質を充填して、中心電極部２の表側面上に反応部３の表側層３ａを形成する。
（ステップ２−５）図８（ｅ）に示すように、裏側凹部２４内に反応物質を充填して、中心電極部２の裏側面上に反応部３の裏側層３ｂを形成する。
（ステップ２−６）図８（ｆ）に示すように、外側電極部４の中間層４ｃの一部を裏側凹部２４内で露出させるように、反応部３の裏側層３ｂの表面を平坦に切削する。
（ステップ２−７）図８（ｇ）に示すように、積層構造体７の長手方向に間隔を空けるように、裏側凹部２４内における反応部３の裏側層３ｂの表面に電解物質をパターン蒸着して、外側電極部４の裏側層４ｂを形成する。
（ステップ２−８）図８（ｈ）に示すように、裏側凹部２４内に補強材料を充填して、外側電極部４の裏側層４ｂの表面上に保持部５の裏側層５ａを形成する。
（ステップ２−９）図８（ｉ）に示すように、積層構造体７の表側面７ａに電解物質を蒸着して、外側電極部４の表側層４ａを形成する。
（ステップ２−１０）図８（ｊ）に示すように、外側電極部４の表側層４ａの表面上にフォトレジスト２５を塗布して、このフォトレジスト２５のレジストパターンを感光する。このレジストパターンは、一対の外側電極部４の間に配置された開口形成領域２５ａ（図８（ｋ）を参照）と、外側電極部４の裏側層４ｂに対応して表側層４ａを互いに長手方向に分離するように形成した複数の電極分離領域（図示せず）とを有している。具体的には、開口形成領域２５ａは、図８（ｋ）に示すように、表側層４ａの表面の幅方向中央で長手方向に延びるように形成されている。また、複数の電極分離領域は、表側層４ａの表面で互いに長手方向に間隔を空けて配置され、かつそれぞれ表側層４ａの表面の幅全体に延びるように形成されている。
（ステップ２−１１）図８（ｋ）に示すように、レジストパターンを感光したフォトレジスト２５を現像した後に洗浄して、フォトレジスト２５の一部を除去する。
（ステップ２−１２）図８（ｌ）に示すように、除去されたフォトレジスト２５の一部に対応して、外側電極部４の表側層４ａの一部をエッチング処理により除去して、窓部２２を形成する。
（ステップ２−１３）再び図７に示すように、残されたフォトレジスト２５を外側電極部４の表側層４ａの表面から除去する。
（ステップ２−１４）第１実施形態と同様に、図５（ａ）に示すように、積層構造体７の補助保持部８を切断して取り除く。
（ステップ２−１５）第１実施形態と同様に、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、積層構造体７の表側面７ａ側からレーザ加工用のレーザ光を照射して、この積層構造体７の一部を切削する。このレーザ加工による切削パターン１２もまた、第１実施形態と同様になっている。
なお、上述の蒸着は、化学蒸着（ＣＶＤ）及び物理蒸着（ＰＶＤ）のいずれであってもよい。
【００５３】
本発明の第２実施形態に係る製造方法により作製されたターゲット２１を用いてレーザ核融合反応を発生させる方法は、第１実施形態と同様になっている。
【００５４】
以上のように本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係るターゲットの製造方法を説明する。
まず、第３実施形態に係る製造方法により作製されるターゲットについて、図９、図１０（ａ）、及び図１０（ｂ）を参照して説明する。ターゲット３１は、円形状又は等方的な多角形状の横断面を有する長尺形状に形成されている。なお、第３実施形態では、一例として、ターゲット３１の横断面が四角形状に形成されているものとして説明する。このターゲット３１の長手方向の一端（以下、「入射端」という）３１ａと、入射端３１ａに対向するターゲット３１の長手方向の他端（以下、「出射端」という）３１ｂとの間に位置する中間点３１ｃを基準として、入射端３１ａ側の領域（以下、「入射側領域」という）３１ｄは、円柱形状に形成され、入射側領域３１ｄの横断面面積は等しくなっている。このターゲット３１の入射側領域３１ｄには、ターゲット３１の側方からの第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光が照射される。一例として、入射側領域３１ｄの横断面は、照射される第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光の集光径に対応して形成されていると好ましく、第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光の集光径は１０μｍ〜１００μｍであると好ましい。一方で、ターゲット３１の中間点３１ｃを基準として出射端３１ｂ側の領域（以下、「出射側領域」という）３１ｅは、円錐形状に形成され、出射側領域３１ｅの横断面面積は、ターゲット３１の中間点３１ｃから出射端３１ｂに向かうに連れて増加している。
【００５６】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を参照すると、ターゲット３１には、複数の平面状の反応部３２が設けられている。反応部３２の横断面は、円形状又は等方的な多角形状に形成されている。第３実施形態では、一例として、反応部３２の横断面が円形状に形成されているものとして説明する。反応部３２は、核融合燃料となる反応物質により構成されている。核融合がＤＴ反応系である場合、反応部３２の反応物質は重水素、三重水素、又は重水素若しくは三重水素を構成元素として含む炭化水素の分子若しくは高分子（例えば、ＣｘＤｙ、ＣｘＴｙ）等であるとよく、核融合がｐＢ反応系である場合、反応部３２の反応物質は固体のデカボラン（Ｂ１０Ｈ１４）であるとよい。このような反応部３２は円板状に形成されている。複数の反応部３２は、その平面を長手方向に対して垂直とし、かつ互いに長手方向に間隔を空けて配置されている。ターゲット３１の入射側領域３１ｄでは、各反応部３２の平面の面積は、入射側領域３１ｄの横断面に対応して互いに等しくなっている。一方で、ターゲット３１の出射側領域３１ｅでは、各反応部３２の平面の面積は、出射側領域３１ｅの横断面に対応してターゲット３１の中間点３１ｃから出射端３１ｂに向かうに連れて増加している。このようにターゲット３１内に設けられる複数の反応部３２における反応物質の密度は、ターゲット３１全体に反応物質を設けた場合の反応物質の密度に対して約１０％となっているとよい。
【００５７】
ターゲット３１には、その横断面の中心を通って長手方向に延びるように円柱状に形成された中心電極部３３が設けられている。中心電極部３３の横断面は、円形状又は等方的な多角形状に形成されている。第３実施形態では、一例として、中心電極部３３の横断面が円形状に形成されているものとして説明する。また、反応部３２の外周には外側電極部３４が設けられている。複数の外側電極部３４は、ターゲット３１の長手方向に互いに間隔を空けて配置されており、複数の外側電極部３４は、互いに複数の反応部３２同士を互いに絶縁するように構成されている。このような中心電極部３３と外側電極部３４との間の反応部３２に電圧を印加することによって、反応部３２に電界が生じる。この電界によって、正の電荷を有するシードイオンに対して反応部３２の外周から中心に向かう力が作用することとなる。なお、中心電極部３３及び／又は外側電極部３４は、アルミニウム、ホウ素、及び／又はマグネシウムから構成されているとよい。各外側電極部３４の外周には、ターゲット３１を補強するように構成された保持部３５が配置されている。
【００５８】
外側電極部３４の一部及び保持部３５の一部を一緒に切り欠くことによって、窓部３６が形成されている。この窓部３６によって、反応部３２の反応物質がターゲット３１の外周で露出し、ターゲット３１の側方からの第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光、及び反応部３２を加工するためのレーザ光等が、ターゲット３１の外周から反応部３２の反応物質に照射可能となっている。
【００５９】
本発明の第３実施形態に係るターゲット３１の製造方法について、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、及び図１１（ａ）〜図１１（ｉ）を参照して説明する。
（ステップ３−１）図１１（ａ）に示すように、反応部３２を形成するための低密度フォームを円板形状に形成する。この低密度フォームは、反応物質により構成されている。
（ステップ３−２）図１１（ｂ）に示すように、円板形状に形成した低密度フォームを厚さ方向に圧縮して、反応部３２を形成する。
（ステップ３−３）図１１（ｃ）に示すように、反応部３２の外周に保持部３５を取付ける。この保持部３５の外周は、図１１（ｄ）に示すように略四角形状に形成されている。
（ステップ３−４）図１１（ｄ）に示すように、保持部３５を取付けた反応部３２の中心に、ドライエッチングによって略円形状の貫通孔３２ａを形成する。保持部３５には、ドライエッチングによって、反応部３２の外周に沿って略Ｃ字形状の貫通孔３５ａを形成する。貫通孔３５ａは、保持部３５の一つの側縁（以下、「上側縁」という）３５ｂに向かって開口している。さらに、上側縁３５ｂに対向する一つの側縁（以下、「下側縁」という）３５ｃとの間で延在する下側縁溝３５ｄが、ドライエッチングにより形成されている。ドライエッチングの一例として、イオンミリングが用いられると好ましいが、その他の手法が用いられてもよい。
（ステップ３−５）図１１（ｅ）及び図１１（ｆ）に示すように、反応部３２の貫通孔３２ａに電解物質を充填することによって、中心電極部３３を形成する。このとき、中心電極部３３は、反応部３２の片側面から次の（ステップ３−６）で用いられるフォームシートの厚み分程度の高さで面垂方向に突出するように形成される。貫通孔３２ａからその直径方向にはみ出た中心電極３３の部分は、ドライエッチングやイオンミリング工程で削り、貫通孔３２ａの直径と一致させる。また、保持部３５の貫通孔３５ａ及び下側縁溝３５ｄに電解物質を充填することによって、外側電極部３４を形成する。これによって、反応部３２、中心電極部３３、外側電極部３４、及び保持部３５の組立体３７が作製される。
（ステップ３−６）図１１（ｇ）に示すように、複数の組立体３７を、その平面同士を向き合わせた状態で間隔を空けて配置し、この組立体３７同士の間の間隔に、除去部３８を構成する低密度フォームシートを配置する。なお、特に図示はしないが、除去部３８には、中心電極部３３を通すための貫通孔が形成されている。このように複数の組立体３７と複数の除去部３８とを交互に配置した状態で、隣接する組立体３７の中心電極部３３同士を互いに接触させるように、複数の組立体３７と除去部３８とを圧着して、図１１（ｈ）に示すような積層組立体３９を作製する。
（ステップ３−７）図１１（ｉ）に示すように、反応部３２と中心電極部３３との間の境界よりも保持部３５の上側縁３５ｂ側で反応部３２を通るとともに積層組立体３９の長手方向に延びる平面に沿って、反応部３２、外側電極部３４、及び保持部３５を一緒に切断する。この切断面に、反応部３２をターゲット３１の外部に露出させるための窓部３６が形成されることとなる。
（ステップ３−８）積層組立体３９の側面からレーザ加工用のレーザ光を照射して、積層組立体３９を切削して、積層組立体３９の形状及び寸法を調節する。特に、ターゲット３１内に設けられる複数の反応部３２における反応物質の密度を調節する。
このような製造方法によって、ターゲット３１が作製されることとなる。
【００６０】
本発明の第３実施形態に係る製造方法により作製されたターゲット３１にてレーザ核融合反応を発生させる方法、ターゲット３１内で発生する核融合の作用については、第１実施形態と同様である。
【００６１】
以上のように本発明の第３実施形態によれば、各反応部３２にて比較的作製し難い中心電極部３３、外側電極部３４、及び保持部３５を予め形成して、その後、このような反応部３２、中心電極部３３、外側電極部３４、及び保持部３５の組立体３７を、互いに長手方向に間隔を空けて配置している。そのため、反応部３２内で中心電極部３３及び外側電極部３４を予め高い精度で形成でき、ターゲット３１を高い精度で作製できる。
さらに、反応部３２間に配置された除去部３８を除去することによって、互いに間隔を空けて配置された複数の反応部３２を容易に形成できる。従って、ターゲット３１を容易に作製できる。
【００６２】
本発明の第３実施形態によれば、除去部３８が反応部３２と同じ反応物質により構成されるので、例えば、反応部３２の体積を調節するために、反応部３２の一部をレーザ加工により除去する際に、反応部３２の一部と一緒に除去部３８を除去することによって、ターゲット３１をさらに効率的に作製できる。
【００６３】
本発明の第３実施形態によれば、中心電極部３３が、反応部３２の中心に形成された貫通孔３２ａに電極物質を充填することによって形成され、外側電極部３４が、反応部３２の貫通孔３５ａ及び下側縁溝３５ｄに電極物質を充填することによって形成される。そのため、中心電極部３３と外側電極部３４とを容易に形成できる。よって、ターゲット３１をさらに容易に作製できる。
【００６４】
本発明の第３実施形態によれば、中心電極部３３が、反応部３２の片面側から除去部３８の横断面中心に突出するように形成されるので、反応部３２及び除去部３８に対応する中心電極部３３が一緒に形成され、中心電極部３３を効率的に形成できる。よって、ターゲット３１をさらに容易に作製できる。
【００６５】
本発明の第３実施形態によれば、反応部３２と中心電極部３３との間の境界よりも外周側で反応部３２を通るとともに長手方向に延びる平面に沿って、反応部３２、外側電極部３４、及び保持部３５を切断することによって、反応部３２をターゲット３１外部に露出させるための窓部３６が形成されるので、ターゲット３１の側方からの第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光、レーザ加工用のレーザ光等を反応部３２に照射するための窓部３６が、容易に形成されることとなる。
【００６６】
本発明の第３実施形態によれば、保持部３５は、ターゲット３１を保持可能とするように、ターゲット３１の横断面視で外側電極部３４の外周の少なくとも３箇所に位置しているので、ターゲット３１が保持部３５によって安定して保持され、ターゲット３１の変形を確実に防止でき、かつターゲット３１を安定して保持した状態で加工できる。よって、ターゲット３１をより高い精度で作製できる。
【００６７】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態に係るターゲットの製造方法について以下に説明する。第４実施形態のターゲットの製造方法は、基本的には、第３実施形態のターゲットの製造方法と同様になっている。第３実施形態と同様な要素は、第３実施形態と同様の符号および名称を用いて説明する。ここでは、第３実施形態と異なる構成について説明する。
【００６８】
本発明の第４実施形態に係るターゲットの製造方法では、第３実施形態と同様のターゲット３１を作製する。本発明の第４実施形態に係るターゲット３１の製造方法について、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）、及び図１２（ａ）〜図１２（ｄ）を参照して説明する。
（ステップ４−１）第３実施形態と同様に、図１１（ａ）に示すように、反応部３２を形成するための低密度フォームを円板形状に形成する。この低密度フォームは反応物質により構成されている。しかしながら、第４実施形態の低密度フォームの厚さは、第３実施形態の低密度フォームシートの厚さよりも厚くなっている。詳細には、第４実施形態の低密度フォームシートの厚さは、第４実施形態において反応部３２に用いられる低密度フォームシートの厚さと、除去部３８に用いられる低密度フォームシートの厚さとを合わせた厚さに相当すると好ましい。
（ステップ４−２）第３実施形態と同様に、図１１（ｂ）に示すように、円板形状に形成した低密度フォームを厚さ方向に圧縮して、反応部３２を形成する。
（ステップ４−３）第３実施形態と同様に、図１１（ｃ）に示すように、反応部３２の外周に保持部３５を取付ける。この保持部３５の外周は、図１１（ｄ）に示すように略四角形状に形成されている。なお、第４実施形態の保持部３５の厚さは、反応部３２の厚さと等しくなっている。
（ステップ４−４）図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、保持部３５を取付けた反応部３２の中心に、ドライエッチングによって略円形状の貫通孔３２ｂを形成する。保持部３５には、ドライエッチングによって、反応部３２の外周に沿って略Ｃ字形状の外周溝３５ｅを形成する。外周溝３５ｅは、保持部３５の上側縁３５ｂに向かって開口している。さらに、下側縁３５ｃと外周溝３５ｅとの間で延在する下側縁溝３５ｆが、ドライエッチングにより形成されている。ドライエッチングの一例として、イオンミリングが用いられると好ましいが、その他の手法が用いられてもよい。なお、外周溝３５ｅ及び下側縁溝３５ｆは、保持部３５の厚さ方向に貫通していない。
（ステップ４−５）図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、反応部３２の貫通孔３２ｂに電解物質を充填することによって、中心電極部３３を形成する。また、保持部３５の外周溝３５ｅ及び下側縁溝３５ｆに電解物質を充填することによって、外側電極部３４を形成する。これによって、反応部３２、中心電極部３３、外側電極部３４、及び保持部３５の組立体４０が作製される。
（ステップ４−６）図１２（ｃ）に示すように、複数の組立体４０を、その平面同士を重ね合わせた状態で配置する。このように複数の組立体４０を重ね合わせた状態で、隣接する組立体４０の中心電極部３３同士を互いに接触させるように、複数の組立体４０同士を圧着して、積層組立体４１を作製する。
（ステップ４−７）図１２（ｄ）に示すように、反応部３２と中心電極部３３との間の境界よりも保持部３５の上側縁３５ｂ側で反応部３２を通るとともに積層組立体４１の長手方向に延びる平面に沿って、反応部３２、外側電極部３４、及び保持部３５を一緒に切断する。この切断面に、反応部３２をターゲット３１の外部に露出させるための窓部３６が形成されることとなる。
（ステップ４−８）積層組立体４１の側面からレーザ加工用のレーザ光を照射して、積層組立体４１を切削して、積層組立体４１の形状及び寸法を調節する。特に、複数の反応部３２における反応物質の体積を調節する。
このような製造方法によって、ターゲット３１が作製されることとなる。
【００６９】
本発明の第４実施形態のターゲット３１にてレーザ核融合反応を発生させる方法、ターゲット３１内で発生する核融合の作用については、第３実施形態と同様である。
【００７０】
以上のように本発明の第４実施形態によれば、各反応部３２にて比較的作製し難い中心電極部３３、外側電極部３４、及び保持部３５を予め形成して、その後、このような反応部３２、中心電極部３３、外側電極部３４、及び保持部３５の組立体４０を積層することとなる。従って、反応部３２内で中心電極部３３及び外側電極部３４を予め高い精度で、かつ容易に形成でき、ターゲット３１を高い精度で、かつ容易に作製できる。
【００７１】
本発明の第４実施形態によれば、中心電極部３３が、反応部３２の中心に形成された貫通孔３２ｂに電極物質を充填することによって形成され、外側電極部３４が、保持部３５の外周溝３５ｅ及び下側縁溝３５ｆに電解物質を充填することによって形成される。そのため、中心電極部３３を容易に形成でき、各外側電極部３４を互いに絶縁した状態で容易に形成できる。よって、ターゲット３１をさらに容易に作製できる。
【００７２】
本発明の第４実施形態によれば、第３実施形態と同様に、第１のパルスレーザ光、第２のパルスレーザ光、レーザ加工用のレーザ光等を反応部３２に照射するための窓部３６を、容易に形成できる。
【００７３】
本発明の第４実施形態によれば、第３実施形態と同様に、保持部３５が、ターゲット３１を保持可能とするように、ターゲット３１の横断面視で外側電極部３４の外周の少なくとも３箇所に位置しているので、ターゲット３１をより高い精度で作製できる。
【００７４】
ここまで本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【００７５】
例えば、本発明の実施形態の第１変形例として、第３実施形態において、保持部３５の貫通孔３５ａの代わりに、保持部３５の厚さ方向に貫通しない溝が設けられてもよい。また、保持部３５の下側縁溝３５ｄが、保持部３５の厚さ方向に貫通していてもよい。第３実施形態と同様の効果が得られる。
【００７６】
本発明の実施形態の第２変形例として、第３実施形態において、除去部３８の中心に形成された貫通孔に電解物質を充填することによって、除去部３８に対応する中心電極部３３が形成されてもよい。第３実施形態と同様の効果が得られる。
【００７７】
本発明の実施形態の第３変形例として、第３実施形態及び第４実施形態において、外側電極部３４及び保持部３５を一緒に切り欠くことによって、反応部３２をターゲット３１外部に露出させるための窓部が形成されてもよい。第３実施形態及び第４実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７８】
１，２１  ターゲット
２  中心電極部
３  反応部
３ａ  表側層
３ｂ  裏側層
３ｃ  中間層
４  外側電極部
４ａ  表側層
４ｂ  裏側層
４ｃ  中間層
５  保持部
５ａ  裏側層
５ｂ  中間層
６，２２  窓部
７  積層構造体
７ａ  表側面
７ｂ  裏側面
８  補助保持部
１０，２３  表側凹部
１１，２４  裏側凹部
３１  ターゲット
３２  反応部
３２ａ，３２ｂ  貫通孔
３３  中心電極部
３４  外側電極部
３５  保持部
３５ａ  貫通孔
３５ｄ，３５ｆ  下側縁溝
３５ｅ  外周溝
３６  窓部
３７，４０  組立体
３８  除去部
【図１】
0005790991.tif 000002
【図２】
0005790991.tif 000003
【図３】
0005790991.tif 000004
【図４】
0005790991.tif 000005
【図５】
0005790991.tif 000006
【図６】
0005790991.tif 000007
【図７】
0005790991.tif 000008
【図８】
0005790991.tif 000009
【図９】
0005790991.tif 000010
【図１０】
0005790991.tif 000011
【図１１】
0005790991.tif 000012
【図１２】
0005790991.tif 000013