(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ核融合に用いられるターゲットにおいて、
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、
核融合の反応物質により構成した複数の平面状の反応部を有し、
前記複数の反応部が、該反応部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。
【請求項２】
前記横断面が円形状である場合には、前記横断面の直径が１０μｍ以上かつ１００μｍ以下となっている、請求項１に記載のターゲット。
【請求項３】
前記横断面の中心を通って長手方向に延びる中心電極部が設けられ、
前記横断面の外周に沿って外側電極部が設けられ、
複数の前記外側電極部が互いに絶縁されるように構成され、
前記外側電極部には、前記反応部の反応物質を露出させるように窓部が設けられている、請求項１又は２に記載のターゲット。
【請求項４】
前記ターゲットの長手方向の中間部に対して一端側の領域では、各反応部の平面の面積が等しくなっており、
前記ターゲットの中間部に対して他端側の領域では、各反応部の平面の面積が、前記ターゲットの中間部から他端に向かうに連れて増加している、請求項１〜３のいずれか一項に記載のターゲット。
【請求項５】
前記反応部の反応物質の密度が、ターゲット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１０％となっている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のターゲット。
【請求項６】
核融合がＤＴ反応系である場合、前記反応部の反応物質が重水素又は三重水素を含むものとなっており、
核融合がｐＢ反応系である場合、前記反応部の反応物質が固体のデカボランとなっている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のターゲット。
【請求項７】
前記中心電極部及び／又は前記外側電極部が、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、請求項３に記載のターゲット。
【請求項８】
前記横断面の外周に沿って設けられる外側電極部の外周に、ターゲットを補強する保持部が設けられている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のターゲット。
【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存在する。このような方式は「慣性閉じ込め方式」と呼ばれている。
【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。このような核融合は「レーザ核融合」と呼ばれている。
【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、ターゲットには、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と、先端に対向する基端とのそれぞれには、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し、かつ主燃料部の中心に接近した状態で、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。また、レーザ核融合では、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。このような「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、ターゲットの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おり、このことを克服することが大きな課題となっている。そこで、このような課題を避けて、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、本発明のターゲットは、レーザ核融合に用いられるターゲットにおいて、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、核融合の反応物質により構成した複数の平面状の反応部を有し、前記複数の反応部が、該反応部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。
【００１２】
本発明のターゲットでは、前記横断面が円形状である場合には、前記横断面の直径が１０μｍ以上かつ１００μｍ以下となっている。
【００１３】
本発明のターゲットでは、前記横断面の中心を通って長手方向に延びる中心電極部が設けられ、前記横断面の外周に沿って外側電極部が設けられ、複数の前記外側電極部が互いに絶縁されるように構成され、前記外側電極部には、前記反応部の反応物質を露出させるように窓部が設けられている。
【００１４】
本発明のターゲットでは、前記ターゲットの長手方向の中間部に対して一端側の領域では、各反応部の平面の面積が等しくなっており、前記ターゲットの中間部に対して他端側の領域では、各反応部の平面の面積が、前記ターゲットの中間部から他端に向かうに連れて増加している。
【００１５】
本発明のターゲットでは、前記反応部の反応物質の密度が、ターゲット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１０％となっている。
【００１６】
本発明のターゲットでは、核融合がＤＴ反応系である場合、前記反応部の反応物質が重水素、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）等となっており、核融合がｐＢ反応系である場合、前記反応部の反応物質が固体のデカボランとなっている。
【００１８】
本発明のターゲットでは、前記中心電極部及び／又は前記外側電極部が、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。
【００１９】
本発明のターゲットでは、前記横断面の外周に沿って設けられる外側電極部の外周に、ターゲットを補強する保持部が設けられている。
【発明の効果】
【００２０】
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は、レーザ核融合に用いられるターゲットにおいて、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、核融合の反応物質により構成した複数の平面状の反応部を有し、前記複数の反応部が、該反応部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。
そのため、核融合燃料のイオンがターゲットの長手方向の一端から注入され、前記イオンが前記一端から該一端に対向する他端に向かうように各反応部に送られ、かつレーザ光がターゲットの外周側から前記反応部に照射されて、核融合反応が誘起される場合において、前記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、前記ターゲットの一端側の反応部から他端側の反応部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、前記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。
よって、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、前記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。
【００２１】
本発明のターゲットでは、前記横断面が円形状である場合には、前記横断面の直径が１０μｍ以上かつ１００μｍ以下となっているので、前記反応部全体に前記レーザ光を照射でき、ターゲット内で効率的にイオンを増加させ、かつイオン加速させることができる。
【００２２】
本発明のターゲットでは、前記横断面の中心を通って長手方向に延びる中心電極部が設けられ、前記横断面の外周に沿って外側電極部が設けられ、複数の前記外側電極部が互いに絶縁されるように構成され、前記外側電極部には、前記反応部の反応物質を露出させるように窓部が設けられているので、各反応部に対して別々に電圧を印加することができる。そのため、ターゲットの一端から他端に向かって順次各反応部に核融合反応を誘起するタイミングに同期させて、各反応部に電圧を印加できる。また、前記窓部によって、前記レーザ光が前記反応部に効率的に当たり、核融合反応が効率的に増幅されることとなる。
【００２３】
本発明のターゲットでは、前記ターゲットの長手方向の中間部に対して一端側の領域では、各反応部の平面の面積が等しくなっており、前記ターゲットの中間部に対して他端側の領域では、各反応部の平面の面積が、前記ターゲットの中間部から他端に向かうに連れて増加しているので、ターゲットの一端側の領域では、注入直後のイオンと前記レーザ光により発生するイオンとを用いて効率的に核融合反応を発生させることができる。また、ターゲットの他端側の領域では、ターゲットの中間部から他端に向かうに連れて前記反応部の反応物質が段階的に増加するので、核融合反応を段階的に増幅させることができる。
例えば、イオンがターゲットの一端側から他端側に向かうに連れて、核融合反応によるエネルギーの増加量が前記反応部の反応物質を加熱するために損失するエネルギーの量を上回る（「核融合反応の点火」と呼ばれる）ので、このような核融合反応の点火が生じる箇所に、前記中間部を配置して、ターゲットの一端側の領域とターゲットの他端側の領域とを分けるとよい。ターゲットの他端側の領域では、前記レーザ光を照射せずに、核融合反応を段階的に増幅させることができる。そのため、前記レーザ光をターゲットの他端側の領域に照射する構成を省略でき、ターゲットの取扱いを容易にして、核融合反応を効率良く発生させることができる。
【００２４】
本発明のターゲットでは、前記反応部の反応物質の密度が、ターゲット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１０％となっているので、ターゲット内における反応物質の密度が、光を透過可能とするように臨界密度以下となっている。また、ターゲット内で効率的に核融合反応を発生させるように、各反応部の反応物質が設けられることとなる。そのため、レーザ光を効率的に透過可能とするとともに、核融合反応を効率良く発生させることができる。
【００２５】
本発明のターゲットでは、核融合がＤＴ反応系である場合、前記反応部の反応物質が重水素、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）等となっており、核融合がｐＢ反応系である場合、前記反応部の反応物質が固体のデカボランとなっているので、ＤＴ反応系及びｐＢ反応系の核融合において、効率的にエネルギーを生成できる。
【００２６】
なお、本発明のターゲットにて、ターゲットの長手方向の長さが、核融合反応と前記レーザ光とにより発生するイオンのエネルギーの増加量がターゲット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か、又は、ターゲットの長手方向の長さが、核融合反応によるエネルギーの増幅率がターゲットの加熱によって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場合には、ターゲットの一端と他端との間における区間で、前記ターゲットの一端から他端に向かって核融合反応が効率的に増幅されることとなる。
【００２７】
本発明のターゲットでは、前記中心電極部及び／又は前記外側電極部が、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ので、半減期の長い放射性廃棄物が核融合反応によって生成されることを防止できる。
【００２８】
本発明のターゲットでは、前記横断面の外周に沿って設けられる外側電極部の外周に、ターゲットを補強する保持部が設けられているので、前記保持部によってターゲットが補強されることとなる。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防止できる。よって、高い形状精度を維持した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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係るターゲットを用いたレーザ核融合装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るターゲットを概略的に示す側面図である。
【図３】（ａ）本発明の実施形態に係るターゲットのイオン入射側領域の概略縦断面図である。（ｂ）本発明の実施形態に係るターゲットのイオン入射側領域における反応部を配置した範囲の概略横断面図である。
【図４】本発明の実施形態の第１変形例に係るターゲットのイオン入射側領域内における反応部を配置した範囲の概略横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施形態に係るターゲットについて、該ターゲットを有するレーザ核融合装置を用いて説明する。
図１に示すように、レーザ核融合装置１は、長尺形状のターゲット２を備えている。レーザ核融合装置１は、イオンの束であるイオンバンチＢを、ターゲット２の長手方向の一端（以下、「入射端」という）２ａに送ることができるサブターゲット３を備えている。このイオンバンチＢのイオン（以下、「シードイオン」という）は、レーザ照射器４から照射されるパルスレーザ光Ｐ１をサブターゲット３に照射することによって生成される。レーザ核融合装置１は、パルスレーザ光Ｐ２，Ｐ３をそれぞれターゲット２の側方から照射可能とする第１のサイドレーザ照射器５、及び第２のサイドレーザ照射器６を備えている。レーザ核融合装置１は、ターゲット２の入射端２ａに対向する他端（以下、「出射端」という）２ｂから供給されるエネルギーを電力に変換可能とする発電器７を備えている。レーザ核融合装置１は、ターゲット２に接続された電圧印加器８を備えている。レーザ核融合装置１は、内部を真空にできる真空容器９を備えている。この真空容器９の内部に、ターゲット２と、サブターゲット３と、発電機７とが配置されている。レーザ照射器４と、第１のサイドレーザ照射器５と、第２のサイドレーザ照射器６と、電圧印加器８とは、制御器１０に接続されている。制御器１０は、レーザ照射器４と、第１のサイドレーザ照射器５と、第２のサイドレーザ照射器６と、電圧印加器８とを制御可能とする構成になっている。
【００３１】
本発明の実施形態に係るターゲット２について、図２、図３（ａ）、及び図３（ｂ）を参照して説明する。
ターゲット２は円形状の横断面を有している。ターゲット２の長手方向の中間部２ｃより入射端２ａ側の領域（以下、「入射側領域」という）２ｄは、円柱形状に形成され、入射側領域２ｄの横断面面積は等しくなっている。一例として、入射側領域２ｄの横断面の直径ｄは、第１のサイドレーザ照射器５から照射されるパルスレーザ光Ｐ２の集光径、及び第２のサイドレーザ照射器６から照射されるパルスレーザ光Ｐ３の集光径に対応して、概ね一致するように形成されていると好ましい。特に、パルスレーザＰ２，Ｐ３の種類にもよるが、直径ｄは１０μｍ〜１００μｍであると好ましい。一方で、ターゲット２の中間部２ｃより出射端２ｂ側の領域（以下、「出射側領域」という）２ｅは、円錐形状に形成され、出射側領域２ｅの横断面面積は、ターゲット２の中間部２ｃから出射端２ｂに向かうに連れて増加している。
【００３２】
図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照すると、ターゲット２には、複数の平面状の反応部２１が設けられている。反応部２１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２１の反応物質は重水素、又は三重水素、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２１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２１は円板状に形成されている。複数の反応部２１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２の入射側領域２ｄでは、各反応部２１の平面の面積は、入射側領域２ｄ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２の出射側領域２ｅでは、各反応部２１の平面の面積は、出射側領域２ｅの横断面に対応してターゲット２の中間部２ｃから出射端２ｂに向かうに連れて増加している。このようにターゲット２内に設けられる複数の反応部２１における反応物質の密度は、ターゲット２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。
【００３３】
ターゲット２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２２が設けられている。また、反応部２１の外周には外側電極部２３が設けられている。複数の外側電極部２３は、ターゲット２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２３は、互いに複数の反応部２１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２２と外側電極部２３との間の反応部２１に電圧を印加することによって、反応部２１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２１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２２及び／又は外側電極部２３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。
【００３４】
各外側電極部２３の外周には、ターゲット２を補強するように構成された保持部２４が配置されている。保持部２４の剛性は、反応部２１の剛性よりも高くなっており、保持部２４の密度は、反応部２１の密度よりも高くなっている。
【００３５】
外側電極部２３の一部及び保持部２４の一部を一緒に切り欠くことによって、窓部２５が設けられている。この窓部２５によって、反応部２１の反応物質がターゲット２の外周で露出し、第１のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｐ２、第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｐ３、反応部２１を加工するためのレーザ光等が、ターゲット２の外周から反応部２１の反応物質に照射可能となっている。
【００３６】
サブターゲット３及びレーザ照射器４について、図１を参照して説明する。
ターゲット２の入射端２ａ側のサブターゲット３は、ターゲット２と同じ種類の反応物質から構成されている。また、サブターゲット３は、略半球面薄膜状に形成されており、ターゲット２の出射端２ｂから入射端２ａに向かう方向に凹んでいる。このようなサブターゲット３の凸状湾曲面に、レーザ照射器４からのパルスレーザ光Ｐ１が照射されて、サブターゲット３の凹状湾曲面から多数のシードイオンの束であるイオンバンチＢが送られることとなる。例えば、レーザ照射器４からのパルスレーザ光Ｐ１は、超光強度のフェムト秒レーザ光であるとよい。また、サブターゲット３は、ターゲット２の横断面中心を通ってターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かって長手方向に延びる中心軸２ｆ上に配置されている。このようなサブターゲット３によって、イオンバンチＢを、ターゲット２の中心軸２ｆに沿ってターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに送ることができる。
【００３７】
第１のサイドレーザ照射器５、及び第２のサイドレーザ照射器６について、図１を参照して説明する。
第１のサイドレーザ照射器５、及び第２のサイドレーザ照射器６は、それぞれターゲット２の出射側領域２ｄにパルスレーザ光Ｐ２、及びパルスレーザ光Ｐ３を照射可能とするように配置されている。第１のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｐ２と、第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｐ３とは、互いに時間差で、ターゲット２の中心軸２ｆに対して垂直に照射されるように構成されている。例えば、第１のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｐ２と、第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｐ３とは、テラワット（ＴＷ）単位の出力レベルを有するピコ秒〜フェムト秒レーザ光であると好ましい。
【００３８】
発電器７について、図１を参照して説明する。
ターゲット２の出射端２ａ側の発電器７は、ターゲット２の中心軸２ｆ上に配置されている。発電器７は、ターゲット２の出射端２ｂから供給されるイオンバンチＢのエネルギーを電力に変換可能とするように構成されている。
【００３９】
電圧印加器８について、図１を参照して説明する。
電圧印加器８は、ターゲット２の中心電極部２２と、ターゲット２の各外側電極部２３とに接続されている。そのため、中心電極部２２と各外側電極部２３との間の各反応部に別々に電圧を印加できて、各反応部２１に別々に電界を生じさせることができる。
【００４０】
制御器１０について、図１を参照して説明する。
制御器１０は、レーザ照射器４によるパルスレーザ光Ｐ１の照射と、第１のサイドレーザ照射器５によるパルスレーザ光Ｐ２の照射と、第２のサイドレーザ照射器６によるパルスレーザ光Ｐ３の照射と、電圧印加器８によるターゲット２の反応部２１への電圧印加とを同期させるように制御可能となっている。
【００４１】
本発明の実施形態のターゲット２を用いたレーザ核融合装置１におけるレーザ核融合の動作について、図１を参照して説明する。
制御器１０の制御によって、レーザ照射器４からのパルスレーザ光Ｐ１をサブターゲット３に照射して、サブターゲット３にてシードイオンを生成する。生成されたシードイオンのイオンバンチＢはターゲット２の入射端２ａに送られる。入射端２ａに送られたイオンバンチＢは、ターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かって順次各反応部２１に送られる。
【００４２】
シードイオンのイオンバンチＢが反応部２１に到達する前に、制御器１０の制御によって、この反応部２１に第１のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｐ２を照射し、さらに、シードイオンのイオンバンチＢが反応部２１に到達すると同時に、制御器１０の制御によって、この反応部２１に第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｐ３を照射するとともに、この反応部２１に電圧印加器８により電圧を印加する。このような第１のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｐ２、及び第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｐ３を、ターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かって順次各反応部２１に照射する。また、電圧印加器８によって、ターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かって順次反応部２１に電圧を印加する。その後、ターゲット２を通過してターゲット２の出射端２ｂから送られるイオンバンチＢのエネルギーを、発電器７によって電力に変換する。
【００４３】
このような動作によってターゲット２内で発生する核融合の作用について、図１を参照して説明する。
サブターゲット３から送られたイオンバンチＢ内のシードイオンは、ターゲット２の最も出射端２ａ側の反応部２１に到達する前に、この反応部２１に第１のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｐ２が照射され、その結果、プラズマが発生し、かつ反応部２１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２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のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｐ２が反応部２１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。
【００４４】
シードイオンがターゲット２の最も出射端２ａ側の反応部２１に到達すると同時に、この反応部２１に第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｐ３を照射することによって、プラズマが発生して、イオンをターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂ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のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｐ２の照射、及び第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｐ３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、反応部２１とサブターゲット３とは同じ物質であるので、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。そのため、「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２１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Ｂに取り込まれて、イオンバンチＢ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。
【００４５】
また、シードイオンがターゲット２の最も出射端２ａ側の反応部２１に到達すると同時に、この反応部２１に電圧印加器８によって電圧を印加する。この電圧印加によって反応部２１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２１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２の中心軸２ｆ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２外に散逸することが抑制されることとなる。
【００４６】
このような作用が、ターゲット２の入射端２ａから中間部２ｃに向かって、ターゲット２の入射側領域２ｄの各反応部２１で順次繰り返されて、シードイオンの核融合反応がターゲット２の入射端２ａから中間部２ｃに向かって連続的に発生することとなる。
【００４７】
また、ターゲット２の出射側領域２ｅの反応部２１では、ターゲット２の外周からパルスレーザ光が照射されないので、反応部２１における反応物質イオン及び電子が冷えた状態となっている。しかしながら、反応物質の核的阻止能及び電子的阻止能によって、シードイオンのイオンバンチＢの運動エネルギーが、すぐに反応物質イオンに引き渡され、その結果、ターゲット電子イオン及び電子の温度が上昇することとなる。このように核融合反応によるエネルギーの増加が、ターゲット電子イオン及び電子の加熱によって失われる損失を上回ることを「核融合反応の点火」といい、核融合反応の点火が行なわれるようになる箇所を「核融合反応の点火点」という。ここで、ターゲット２の中間部２ｃが「核融合反応の点火点」に位置して、ターゲット２の出射側流域２ａで「核融合反応の点火」が生ずるように構成されていると好ましい。
【００４８】
このような動作及び作用においては、ターゲット２の長さＬ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のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｐ２，Ｐ３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２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２の長さＬは、核融合反応によるエネルギーの増幅率が、ターゲット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。ターゲット２の長手方向の長さＬは、一例として、核融合がＤＴ反応系の場合、３００ｍｍ以上であると好ましい。
【００４９】
また、これらの動作及び作用を鑑みると、第１のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｐ２，Ｐ３が反応部２１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Ｂ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２内を移動することとなる。そのため、本発明の実施形態における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。
【００５０】
以上のように本発明の実施形態によれば、シードイオンのイオンバンチＢがターゲット２の入射端２ａから注入され、シードイオンがターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かって各反応部２１に送られ、かつ第１のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｐ２，Ｐ３がターゲット２の側方から反応部２１に照射されて、核融合反応が誘起される。そのため、外周側からのパルスレーザ光Ｐ２，Ｐ３によって反応部２１にはさらなる反応物質イオンが加えられ、さらに、反応部２１では、パルスレーザ光Ｐ２，Ｐ３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２１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２の入射端２ａの反応部２１から出射端２ｂの反応部２１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。また、反応部２１にてイオンを加速させる電場等の方向は、反応部２１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、複数の反応部２１の平面を垂直に配置することによって、反応部２１にて電場等により加速されたイオンが、ターゲット２の出射端２ｂ側で隣接する反応部２１に効率的に送られることとなる。
よって、ターゲット２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２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。
【００５１】
本発明の実施形態によれば、ターゲット２の横断面の大きさが、第１のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｐ２，Ｐ３の集光径に対応して形成されている。そのため、反応部２１全体にパルスレーザ光Ｐ２，Ｐ３を照射でき、ターゲット２内で効率的にイオンを増加させ、かつイオン加速させることができる。
【００５２】
本発明の実施形態によれば、ターゲット２の横断面の中心を通って長手方向に延びる中心電極部２２が設けられ、ターゲット２の横断面の外周に沿って外側電極部２３が設けられ、複数の外側電極部２３が、複数の反応部２１を互いに絶縁するように構成され、外側電極部２３には、反応部２１の反応物質を露出させるように窓部２５が設けられているので、各反応部２１に対して別々に電圧を印加することができる。そのため、ターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かって順次各反応部２１に核融合反応を誘起するタイミングに同期させて、各反応部２１に電圧を印加できる。また、窓部２５によって、第１のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｐ２，Ｐ３が反応部２１に効率的に当たり、核融合反応が効率的に増幅されることとなる。
【００５３】
本発明の実施形態によれば、ターゲット２の入射側領域２ｄでは、各反応部２１の平面の面積が等しくなっており、ターゲット２の出射側領域２ｅでは、各反応部２１の平面の面積が、ターゲット２の中間部２ｃから他端２ｂに向かうに連れて増加しているので、ターゲット２の入射側領域２ｄでは、第１のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｐ２，Ｐ３により発生するイオンと、シードイオンとを用いて効率的に核融合反応を発生させることができる。また、ターゲット２の出射側領域２ｅでは、ターゲット２の中間部２ｃから他端２ｂに向かうに連れて反応部２１の反応物質が段階的に増加するので、核融合反応を段階的に増幅させることができる。
特に、核融合反応の点火点にターゲット２の中間部２ｃを配置して、ターゲット２の入射側領域２ｄと出射側領域２ｅとが分けられているので、ターゲット２の出射側領域２ｅでは、外周からのパルスレーザ光を照射せずに、核融合反応を段階的に増幅させることができる。そのため、外周からのパルスレーザ光をターゲット２の出射側領域２ｅに照射する構成を省略でき、ターゲット２の取扱いを容易にして、核融合反応を効率良く発生させることができる。
【００５４】
本発明の実施形態によれば、反応部２１の反応物質の密度が、ターゲット２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％となっているので、ターゲット２内における反応物質の密度が、光を透過可能とするように臨界密度以下となっている。また、ターゲット２内で効率的に核融合反応を発生させるように、各反応部２１の反応物質が設けられることとなる。そのため、第１のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｐ２，Ｐ３を効率的に透過可能とするとともに、核融合反応を効率良く発生させることができる。
【００５５】
本発明の実施形態によれば、核融合がＤＴ反応系である場合、反応部の反応物質が重水素、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）等となっており、核融合がｐＢ反応系である場合、反応部の反応物質が固体のデカボランとなっている。そのため、ＤＴ反応系及びｐＢ反応系の核融合において、効率的にエネルギーを生成できる。
【００５６】
本発明の実施形態によれば、ターゲット２の長さＬは、核融合反応とレーザ光とにより発生するイオンの増加量がターゲット２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か、又はターゲット２の長さＬは、核融合反応によるエネルギーの増幅率がターゲット２の加熱によって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。そのため、ターゲット２の入射端２ａと出射端２ｂとの間における区間で、ターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かって核融合反応が効率的に増幅されることとなる。
【００５７】
本発明の実施形態によれば、中心電極部２２及び／又は外側電極部２３が、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ので、半減期の長い放射性廃棄物が核融合反応によって生成されることを防止できる。
【００５８】
本発明の実施形態によれば、外側電極部２３の外周に、ターゲット２を補強する保持部２４が設けられているので、保持部２４によって、ターゲット２が補強されることとなる。そのため、ターゲット２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２が変形することを防止できる。よって、高い形状精度を維持したターゲット２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。
【００５９】
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。
【００６０】
例えば、本発明の実施形態の第１変形例として、図４に示すように、反応部２１と中心電極部２２との間の境界よりも外周側で、反応部２１の反応物質の部分を通るとともに長手方向に延びる平面に沿うように、ターゲット２を切断することによって、このような切断した平面における反応部２１の反応物質の露出部分を窓部２６として構成してもよい。本発明の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
本発明の実施形態の第２変形例として、ターゲット２が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、及び／又は、反応部２１の平面が等方的な横断面を有する長尺形状に形成されていてもよい。本発明の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６２】
１  レーザ核融合装置
２  ターゲット
２ａ  入射端
２ｂ  出射端
２ｃ  中間部
２ｄ  入射側領域
２ｅ  出射側領域
２１  反応部
２２  中心電極部
２３  外側電極部
２４  保持部
２５，２６  窓部
Ｂ  イオンバンチ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３  パルスレーザ光
Ｌ  長さ
ｄ  直径
【図１】
0005790990.tif 000002
【図２】
0005790990.tif 000003
【図３】
0005790990.tif 000004
【図４】
0005790990.tif 000005