(57)【要約】【課題】爆縮型慣性閉じ込め核融合における効果的な核融合点火方法を提供する。【解決手段】核融合反応物質を含んだターゲットの外周部にレーザー光などを照射しターゲットの外周部を爆発させ、その反動でターゲット内部を圧縮し高温、高密度のプラズマにすることを第一段階とし、次に、比較的密度の低い外周部におけるプラズマ振動数よりも高い振動数を持ち、この高密度プラズマの外周部を透過し、かつ高密度プラズマの中の密度の高い高密度コアにおけるプラズマ振動数程度の振動数であって、高密度コアに吸収される光を高密度コアに照射し、高密度コアの電子温度を１０ｋｅＶから２０ｋｅＶ程度に加熱し、高密度プラズマ中での高速な電子−イオンエネルギー緩和によって高密度コア中心部のイオン温度を核融合点火温度である５ｋｅＶ以上まで加熱することを第二段階とすることを特徴とした核融合点火方法を構成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
爆縮型慣性閉じ込め核融合の核融合点火方法であって、核融合反応物質を含んだターゲットの外周部にレーザー光、またはイオンビーム、または電子ビーム、またはプラズマ、またはＸ線を照射し、ターゲットの外周部を爆発させ、その反動でターゲット内部を圧縮し高温、高密度にすることを第一段階とする。爆縮された高密度プラズマが最大に圧縮された時点においては高密度のコアと、高密度のコアよりも密度の低い外周部が形成される。この時点で、爆縮された高密度プラズマの中で、比較的密度の低い外周部におけるプラズマ振動数よりも高い振動数を持ちこの高密度プラズマの外周部を透過し、かつ高密度プラズマの中の密度の高い高密度コアにおけるプラズマ振動数程度の振動数であり、高密度コアに吸収される光を高密度コアに照射し、高密度コアの電子温度を１０ｋｅＶから２０ｋｅＶ程度に加熱し、高密度プラズマ中での高速な電子ーイオンエネルギー緩和によって高密度コアのイオン温度を核融合点火温度である５ｋｅＶ以上まで加熱することを第二段階とすることを特徴とした核融合点火方法。
【請求項２】
請求項１における核融合点火方法において、高密度コアを追加加熱する光は１オングストロームから１００オングストロームまでの、Ｘ線または極端紫外線であることを特徴とする核融合点火方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は爆縮型慣性閉じ込め核融合の核融合点火方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  爆縮型慣性閉じ込め核融合は、１９７０年代に機密が解かれてから、おもにレーザーを用いた、いわゆる中心点火方式を中心に研究が進められた。２００９年には米国のＮＩＦ実験装置が完成し、２０１３年に中心点火方式が実証されようとしている。（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）、しかし、中心点火方式で必要な、密度が水の１０００倍、温度１億度Ｋに達するホットスパークが形成できるかいなかについては懐疑的意見もある。【０００３】  中心点火方式に対して、密度が水の１００倍程度、温度が１００万度Ｋの比較的、低密度、低温である形成が容易な爆縮コアを形成し、これに追加の加熱を行い核融合反応に点火する、高速点火方式（例えば、非特許文献２参照）、衝撃点火方式（例えば、特許文献１参照）などが提案されているが、核融合点火温度であるイオン温度５ｋｅＶ以上はいまだ達成されていない。【０００４】  また、密度が水の１００倍程度、温度が１００万度Ｋ程度の爆縮コアにイオンビームを照射することによって効果的に爆縮コアの温度を上昇させる方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】  特開２００５−２４１４６２
【特許文献２】  特開２００５−２４４７３
【特許文献３】  特開２００８−２７５５７２
【特許文献４】  特開平６−２７５８９３
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】  ＮＩＦホームページ  ／ｌａｓｅｒｓ．ｌｌｎｌ．ｇｏｖ
【非特許文献２】  レーザー核融合  中井  貞雄著  大阪大学出版会
【非特許文献３】  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｗ．Ｋｏｅｃｈｎｅｒ  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ
【非特許文献４】  ’Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ  Ｇａｉｎ  Ｌａｓｅｒ  Ｆｕｓｉｏｎ’Ｊ．Ｆｕｓｉｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  １  （１９８１）２２１−２４０  Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ｅ．Ｂｏｄｎｅｒ
【非特許文献５】  ’Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｘ−ｒａｙｓ’Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｖｏｌ２２８  Ｎｏ．４７０５  （１９８５）ｐ１２６５−１２７２  Ｄ．Ａｔｔｗｏｏｄ，Ｋ．Ｈａｌｂａｃｈ，Ｋ．Ｋｉｍ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明は、中心点火方式に必要な、密度が水の１０００倍、イオン温度５ｋｅＶ以上のホットスパークを形成するために、形成が比較的容易な密度が水の１０００倍程度であり、かつイオン温度は５ｋｅＶに達していない低温の爆縮コアの中心部に、イオン温度が核融合点火温度である５ｋｅＶ以上である領域を形成する核融合点火方法を構成する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  爆縮型慣性閉じ込め核融合の核融合点火方法であって、核融合反応物質を含んだターゲットの外周部にレーザー光、またはイオンビーム、または電子ビーム、またはプラズマ、またはＸ線を照射し、ターゲットの外周部を爆発させ、その反動でターゲット内部を圧縮し高温、高密度にすることを第一段階とする。爆縮された高密度プラズマが最大に圧縮された時点においては高密度のコアと、高密度のコアよりも密度の低い外周部が形成される。この時点で、爆縮された高密度プラズマの中で、比較的密度の低い外周部におけるプラズマ振動数よりも高い振動数を持ちこの高密度プラズマの外周部を透過し、かつ高密度プラズマの中の密度の高い高密度コアにおけるプラズマ振動数程度の振動数であり、高密度コアに吸収される光を高密度コアに照射し、高密度コアの電子温度を１０ｋｅＶから２０ｋｅＶ程度に加熱し、高密度プラズマ中での高速な電子ーイオンエネルギー緩和によって高密度コアのイオン温度を核融合点火温度である５ｋｅＶ以上まで加熱することを第二段階とすることを特徴とした核融合点火方法を構成する。
【発明の効果】
【０００９】  本発明では、第一段階の爆縮によって形成される爆縮コアは中心部の密度が水の１０００倍程度であるが、温度は１００〜１０００万度Ｋ程度であるので、通常の中心点火方式よりも形成が容易である。また爆縮コアの中心部の高密度領域を選択的に追加加熱するので、加熱に必要なエネルギーが小さい。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  核融合ターゲットは、外周部にアブレーターがあり、内周に重水素と三重水素の混合物が氷結された中空の球からなる。（参考文献  非特許文献４）ここで重水素、三重水素置換したポリエチレンなどを用いなかったのは、原子番号が大きな原子が爆縮コアに存在するとその電離によって電子密度が高くなり、プラズマ振動数が変化するためである。爆縮条件が安定すれば、プラズマ振動数が高くなった分使用する光の振動数を高めればよいのでこれは本質的制限ではない。
【００１１】    次に、半導体レーザー励起のＮｄガラスレーザー１．０５μｍの基本波を、ＫＤＰ結晶からなる倍波発生装置により５２５ｎｍの倍波に変換し、倍波に変換されなかった基本波の一部と倍波をさらにもう別のＫＤＰ結晶からなる三倍波変換装置によって合成し３５０ｎｍの三倍波としたエネルギードライバーによって核融合ターゲットの外周を爆発させ反動で爆縮コアを形成する。（これらレーザーおよび非線形光学装置の構成法は非特許文献３参照。）エネルギードライバーの一つあたりの三倍波エネルギーは１０ｋＪで、これを１２本用いる。このとき爆縮コアの平均密度は水の１００倍、平均温度は１００万度Ｋ程度であり、爆縮コア中心部の密度は水の１０００倍、温度は１００〜１０００万度Ｋ程度である。
【００１２】  爆縮がもっとも進行した時点において、爆縮コアの中心部の密度が平均密度よりも高くなる。ターゲットの設計、および爆縮を行うレーザー光の強度波形を調整することにより爆縮コアの中心部の密度を水の密度の１０００倍程度に設定する。（参考文献  非特許文献４）
【００１３】  次に、波長２．２ｎｍ振動数１．４×１０１７ｓ−１を中心波長とした軟Ｘ線を照射する。軟Ｘ線はコヒーレント度の高いレーザープラズマＸ線レーザーを使用した（例えば特許文献４参照）。インコヒーレントな黒体輻射光を光学系で集光しても、元の黒体の温度以上にはならないためである。コヒーレントな軟Ｘ線源としては、シンクロトロンのアンジュレーター光、Ｘ線自由電子レーザーなども使用できる（例えば、非特許文献５参照）。この軟Ｘ線を多層膜コーティングしたシュバルツシルト光学系によって爆縮コアに集光する。この軟Ｘ線の振動数は、平均密度が水の１００倍程度の重水素、三重水素プラズマのプラズマ振動数４．４×１０１６ｓ−１（電子密度２．４×１０３１／ｍ３）よりも高いので爆縮コアの外周部を透過し、密度が水の１０００倍の爆縮コア中心部に達する。この波長の軟Ｘ線の振動数と爆縮コア中心部のプラズマ振動数１．４×１０１７ｓ−１（電子密度２．４×１０３２／ｍ３）はほぼ等しいため、爆縮コア中心部において共鳴吸収などによって軟Ｘ線は強く吸収され、電子を１０ｋｅＶから２０ｋｅＶに加熱し、加熱された電子と爆縮コアのイオンの間の電子ーイオンエネルギー緩和によってイオン温度が高まる。この電子エネルギー領域ではイオン温度１００ｅＶ程度のイオンとの電子ーイオンエネルギー緩和時間は１ｐｓ程度であるので、爆縮コアプラズマの高密度な中心核の維持時間、おおよそ１０ｐｓのうちにイオン温度は核融合点火温度である５ｋｅＶ以上に達する。爆縮コア中心部を少なくとも半径２μｍの球状に追加加熱することにより、核融合反応が外周部に向けて進行し、爆縮１回あたり３×１０１７個程度の反応が生ずる。電子密度２．４×１０３２／ｍ３の領域１μｍ３あたりの、電子を電子温度１０ｋｅＶに加熱するのに必要なＸ線パルスのエネルギー量は４００ｍＪ程度である。
【００１４】  高速中性子による核分裂反応を利用した核分裂ブランケットを用いることにより１０倍程度のエネルギー増幅を行い、爆縮１回あたり１０００万Ｊのエネルギーが得られる。
（核分裂ブランケットに関しては特許文献３参照）これは実用レベルに達している。