(57)【要約】【課題】  小規模で簡単な構造のレーザシステムによって核融合燃料を爆縮させることができる核融合燃料爆縮装置を提供する。【解決手段】  核融合燃料爆縮装置１では、水素同位体ＤＴを爆縮させるためのレーザー光Ｌが光透過部材５を介して支持体２の凹部３の底面部４に照射されると、銅からなる底面部４が加熱されて、底面部４と光透過部材５との間の部分が超高温・超高密度状態となる。これにより、底面部４と光透過部材５とで挟み込まれた水素同位体ＤＴを爆縮させることができる。【選択図】  図１
2008304328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー核融合に用いられる核融合燃料を爆縮させるための核融合燃料爆縮装置であって、
前記核融合燃料が配置される底面部が金属からなる凹部が形成された支持体と、
前記凹部に嵌合し、前記底面部とで前記核融合燃料を挟み込むと共に、前記核融合燃料を爆縮させるためのレーザー光を透過させる光透過部材と、を備えることを特徴とする核融合燃料爆縮装置。
【請求項２】
前記凹部は、前記支持体の中央部に向かって複数形成されていることを特徴とする請求項１記載の核融合燃料爆縮装置。
【請求項３】
前記凹部は、前記底面部に向かって先細りのテーパー形状に形成されており、前記光透過部材において前記凹部に嵌合する部分は、前記凹部と相補的な関係にある形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の核融合燃料爆縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー核融合に用いられる核融合燃料を爆縮させるための核融合燃料爆縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
核融合は、化石燃料等に代わる将来のエネルギー源として期待されている。核融合には、磁場閉じ込め方式（ＭＣＦ：Magnetic  Confinement  Fusion）や慣性閉じ込め方式（ＩＣＦ：Inertial   Confinement  Fusion）があるが、超高強度・超短パルスレーザーの出現等により、慣性閉じ込め方式の１つであるレーザー核融合が注目されている。
【０００３】
レーザー核融合では、まず、強力なレーザー光がミリメートルサイズの球殻燃料ペレット（例えば、特許文献１参照）に照射される。これにより、高圧のプラズマが発生し、中心に向かって球殻燃料が加速して圧縮（爆縮）し、固体密度の数１００〜１０００倍以上の超高密度状態となる。この超高密度状態において、１０００兆ワットにもなる超高強度レーザーによって、１０００億分の１秒以下で瞬間的に超高密度プラズマが加熱されると、点火、すなわち核融合反応が開始される。これは、高速点火法と称され、高密度爆縮と加熱とを独立に最適化することができ、且つ高い核融合利得を得ることができる先進的点火方法である。
【特許文献１】特開２００１−３３０６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような核融合燃料の爆縮を実現するためには、大規模で複雑な構造のレーザシステムが必要となる。
【０００５】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小規模で簡単な構造のレーザシステムによって核融合燃料を爆縮させることができる核融合燃料爆縮装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る核融合燃料爆縮装置は、レーザー核融合に用いられる核融合燃料を爆縮させるための核融合燃料爆縮装置であって、核融合燃料が配置される底面部が金属からなる凹部が形成された支持体と、凹部に嵌合し、底面部とで核融合燃料を挟み込むと共に、核融合燃料を爆縮させるためのレーザー光を透過させる光透過部材と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この核融合燃料爆縮装置では、核融合燃料を爆縮させるためのレーザー光が光透過部材を介して支持体の凹部の底面部に照射されると、金属からなる底面部が加熱されて、底面部と光透過部材との間の部分が超高温・超高密度状態となる。これにより、底面部と光透過部材とで挟み込まれた核融合燃料を爆縮させることができる。
【０００８】
本発明に係る核融合燃料爆縮装置においては、凹部は、支持体の中央部に向かって複数形成されていることが好ましい。これにより、一度に複数の核融合燃料を爆縮させることができる。
【０００９】
本発明に係る核融合燃料爆縮装置においては、凹部は、底面部に向かって先細りのテーパー形状に形成されており、光透過部材において凹部に嵌合する部分は、凹部と相補的な関係にある形状に形成されていることが好ましい。これにより、核融合燃料を爆縮させるためのレーザー光を支持体の凹部の底面部に効率良く集光することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、小規模で簡単な構造のレーザシステムによって核融合燃料を爆縮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１の実施形態］
【００１２】
図１は、本発明に係る核融合燃料爆縮装置の第１の実施形態を示す断面図である。図１に示されるように、核融合燃料爆縮装置１は、レーザー核融合に用いられる核融合燃料である水素同位体ＤＴを爆縮させるための装置であって、銅からなる円柱形状の支持体２を備えている。支持体２には、水素同位体ＤＴが注入される円柱形状の凹部３が形成されている。なお、水素同位体ＤＴが配置される凹部３の底面部４は、支持体２の一部であるため、銅からなる。
【００１３】
更に、核融合燃料爆縮装置１は、水素同位体ＤＴを爆縮させるためのＴＷ級フェムト秒レーザー光Ｌを透過させるガラスからなる円柱形状の光透過部材５を備えている。光透過部材５は、支持体２の凹部３と相補的な関係にある形状（すなわち、互いに略同一の形状）に形成されており、凹部３に嵌合する。これにより、水素同位体ＤＴは、凹部３の底面部４と光透過部材５とで挟み込まれることになる。
【００１４】
以上のように構成された核融合燃料爆縮装置１では、まず、支持体２の凹部３に水素同位体ＤＴが注入され、凹部３の底面部４に配置される（図１（ａ）参照）。続いて、凹部３に光透過部材５が嵌合させられ、水素同位体ＤＴが底面部４と光透過部材５とで挟み込まれる（図１（ｂ），（ｃ）参照）。この状態で、底面部４に集光するように、レーザー光Ｌが光透過部材５を介して照射される（図１（ｃ）参照）。
【００１５】
このようにしてレーザー光Ｌが光透過部材５を介して支持体２の凹部３の底面部４に照射されると、銅からなる底面部４が加熱されて、底面部４と光透過部材５との間の部分が超高温・超高密度状態となる。これにより、底面部４と光透過部材５とで挟み込まれた水素同位体ＤＴを爆縮させることができる。
【００１６】
ここで、ＣＩＰ（Cubic-Interpolated  Pseudo-Particle）法による爆縮のシミュレーション結果について説明する。
【００１７】
ピークパワー１０ＴＷ、集光サイズ１６μｍでレーザー光Ｌを照射した場合、底面部４と光透過部材５との間の部分の温度は、レーザー光照射開始から１０ピコ秒後に最高２００８９ｅＶ（２．３３億度）に達することが明らかとなった。そして、その最高温度は、図２に示されるように、２０ピコ秒程度維持されることが分かった。
【００１８】
同様の場合、底面部４と光透過部材５との間の部分の圧力は、レーザー光照射開始から１ピコ秒後に最高１．９３×１０１４dyne／ｃｍ２（１．９１億大気圧）に達することが明らかとなった。そして、その最高圧力は、図３に示されるように、２ピコ秒程度維持されることが分かった。
【００１９】
以上のシミュレーション結果によって、核融合燃料爆縮装置１は、レーザー核融合に充分適用可能であるものと言える。
［第２の実施形態］
【００２０】
図４は、本発明に係る核融合燃料爆縮装置の第２の実施形態を示す断面図である。図４に示されるように、核融合燃料爆縮装置１は、球形状の支持体２を備えている。支持体２には、円柱形状の凹部３が支持体２の中央部に向かって複数形成されている。なお、水素同位体ＤＴが配置される各凹部３の底面部４（すなわち、支持体２の中央部）は、銅からなる。
【００２１】
更に、核融合燃料爆縮装置１は、レーザー光Ｌを透過させるガラスからなる円柱形状の光透過部材５を備えている。光透過部材５は、支持体２の凹部３と相補的な関係にある形状に形成されており、各凹部３に嵌合する。これにより、各凹部３の底面部４に配置された水素同位体ＤＴは、凹部３の底面部４と光透過部材５とで挟み込まれることになる。
【００２２】
以上のように構成された核融合燃料爆縮装置１によれば、一度に複数の水素同位体ＤＴを爆縮させることができる。
［第３の実施形態］
【００２３】
図５は、本発明に係る核融合燃料爆縮装置の第３の実施形態を示す断面図である。図５に示されるように、核融合燃料爆縮装置１は、球形状の支持体２を備えている。支持体２には、円錐台形状の凹部３が支持体２の中央部に向かって先細りとなるように複数形成されている。なお、水素同位体ＤＴが配置される各凹部３の底面部４（すなわち、支持体２の中央部）は、銅からなる。
【００２４】
更に、核融合燃料爆縮装置１は、レーザー光Ｌを透過させるガラスからなる円錐台形状の光透過部材５を備えている。光透過部材５の先端側部分は、支持体２の凹部３と相補的な関係にある形状に形成されており、各凹部３に嵌合する。これにより、各凹部３の底面部４に配置された水素同位体ＤＴは、凹部３の底面部４と光透過部材５とで挟み込まれることになる。
【００２５】
以上のように構成された核融合燃料爆縮装置１によれば、水素同位体ＤＴを爆縮させるためのレーザー光Ｌを支持体２の凹部３の底面部４に効率良く集光することができる。
【００２６】
本発明は、上述した第１〜３の実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
例えば、支持体２の凹部３の底面部４の材料は、銅に限定されず、アルミニウム等、金属であればよい。金属は、熱伝導率の高いからである。
【００２８】
また、第３の実施形態において、凹部３、及び凹部３と相補的な関係にある形状に形成された光透過部材５の先端側部分の形状は、円錐台形状に限定されず、四角錘台形状等、底面部４に向かって先細りのテーパー形状であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る核融合燃料爆縮装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】レーザー光照射開始からの時間と、底面部と光透過部材との間の部分の温度との関係を示すグラフである。
【図３】レーザー光照射開始からの時間と、底面部と光透過部材との間の部分の圧力との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係る核融合燃料爆縮装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明に係る核融合燃料爆縮装置の第３の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…核融合燃料爆縮装置、２…支持体、３…凹部、４…底面部、５…光透過部材。
【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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