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2019.11.25

2019年7月10日 第28回レーザー核融合技術振興会総会

第28回
レーザー核融合技術振興会
総会報告
大阪大学レーザー科学研究所
令和元年7月10日（水）千里ライフサイエンスセンタ

活動状況を公表したーにおいて、第28回レーザー核融合技術振興会総会ことが紹介されましが開催されました。
小路泰弘幹事長（関西電力株式会た。また国際交流・調社）
から、定足数が満たされ総会が成立することが報査活動、講演会、見学告され、開会宣言がなされました。

会を含めた情報・広教授

山本和久

川嶋利幸会長（浜松ホトニクス株式会社）より、地報活動についても報

球温暖化ガスを発生せず、燃料が実質的に無尽蔵で告がなされました。会

あるレーザー核融合への期待が述べられました。ま

議協賛では日本学術

た、レーザー核融合エネルギーの優れた特徴を活か

会議日米シンポジウ

し将来のエネルギー源とするため、本振興会活動にム（平成31年1月23〜

会員の支援と協力をいただきたい旨が述べられまし

24日に米国ワシントンDCで開催）を支援し、レーザーた。

核融合を中心とした今後の日米協力の展開にとって平成30年度事業報告・収支決算、および令和元年

川嶋会長の挨拶非常に有意義であったことが述べられました。

度事業計画・予算について資料により、白神宏之副幹令和元年度事業計画の主な活動として以下につい事長（大阪大学レーザー科学研究所）から説明があて説明がなされました。

り、全会一致で承認されました。

・パワーレーザーと高エネルギー密度科学技術に関す

平成30年度事業報告の主な活動報告として、レーる有識者会議を開催する

ザー核融合によるエネルギー開発に向けた有識者会

・レーザー核融合戦略会議開催と４つのワーキング活議（以下有識者会議）において、我が国のハイパワー動を推進する

レ−ザーと高エネルギー密度科学研究ネットワーク拠・レーザー中性子源利用専門委員会の成果報告書を点の在り方について審議されたこと、これまでの議論発行するを踏まえて次期有識者会議の設立が議論されたこと

また、9月22〜27日に大阪市中央公会堂で開催されなどが報告されました。またFIREXプロジェクト計画

る国際会議第11回IFSA（11th Inertial Fusion Sci-委員会においては、レーザー核融合戦略会議を設置ence and Application）を支援し情報収集を行うととし、第1回会議を開催したこと、および会議内に４つのもに、若手優秀発表に対するYamanaka Award表彰ワーキングを設置し活動を始めたことが報告されましを支援することが述べられました。加えて、第3回アジた。

アパシフィック物理学会プラズマ会議およびパワーレ

レーザー中性子源利用専門委員会を支援、２年半ーザーフォーラムシンポジウムの支援なども行うことの活動を報告書に取りまとめ、今後の研究開発展望が報告されました。国際交流・調査活動、国際シンポを行ったこと、レーザー学会の特集号として委員会のジウム、講演会を含めた情報・広報活動についても説・2・

明がありました。

中です。

次に関連報告および計画として、兒玉了祐所長（大次に、レーザー核融

阪大学レーザー科学研究所）
より「次世代大型パワー合に対し特に重要となレーザー開発によるコ・クリエーション戦略」とした講る、ハイパワーレーザー演がありました。の状況について以下の最初に2019年上半期の主な活動について以下の紹話がなされました。世界介がなされました。国際連携としては、「レーザーによにおける大型パワーレる高エネルギー密度科学」日米政府連携、ヨーロッパーザーの位置付けは、（ルーマニア）ELI-NPでのパーマネントな阪大連携オ先進国としての象徴的フィスの設置、上海交通大学との交流などが大変有存在であり、最先端の高度な技術の集約と新技術の意義でした。また、大阪大学では2019年度内に高速実用化加速、更には新たな技術を生み出す牽引役で点火加熱物理を理解し、点火（FIREXⅡ）へ向けたスあり、継続性ある基盤技術開発として、国際戦略上必ケーリングを明らかにします。レーザー核融合推進の要不可欠な事業として進められています。
従来の欧米ため２つの委員会が動いており、１つはオールジャパに加え中国でも1000億円規模の予算で、大型レーザンによるレーザー核融合戦略会議、もう１つは国際ー施設の計画が進んでいます。日本でも長期的なス的・俯瞰的な見地からFIREXの進め方、結果などにつパンでの大型装置開発が必要と考えます。我が国のいて評価、アドバイスを行うFIREX国際アドバイザリ

強みを活かした世界一のパワーレーザーシステムとしーボードです。レーザー核融合エネルギー開発のローてJ-EPoCH計画を構想されており、2029年に高平均ドマップについて、レーザー核融合戦略会議で検討出力としてメガワット・100Hzを目指します。多種多様

兒玉了祐教授なユーザーに対応できる、IoT・AI技術を取り入れた新しいタイプの大型スマートパワーレーザーシステムになります。加えてプラズマフォトニックデバイスによる多種量子ビーム生成が可能となり、新学術創成、学術開拓の加速、イノベーション創出をもたらします。
大型パワーレーザー施設は従来のビッグサイエンスからダイバーシティサイエンスへとパラダイムシフトを起こ総会 会場風景すことになります。

第28回

レーザー核融合技術振興会
特別講演会報告
大阪大学レーザー科学研究所

教授

重森啓介

振興会総会に引き続き、令和元年度の第1回講演会が行われました。今回の講演会の内容に関しては、レーザー核融合技術振興会の活動内容に深く関係している項目として、委員会関連活動として実施されたレーザー中性子源利用委員会、そして国際交流・調査事業に関わる2件の講演が行われました。

・3・

第28回

第28回

第 一 講 演 レーザー核融合技術振興会
特別講演会報告

第 二 講 演 レーザー核融合技術振興会
特別講演会報告IAEA核融合エネルギー会議に観る核融合研究開発の動向

レーザー駆動中性子源によるラジオグラフの開発（工学的な観点から）

大阪大学レーザー科学研究所講師

有川

核融合科学研究所

安信氏

講演する有川安信氏

准教授 岩本晃史氏

中性子はX線よりも物

IAEA核融合エネルギー質中の平均自由行程が長

会議は2年に1回開催されるいため、厚い建築物（高核融合に関する最大の国速道路や橋梁など）の欠際会議のひとつであり、昨陥探査の新しいツールと年の10月にインドで第27回して注目されています。レ

目が開催されました。本会

ーザー駆動中性子は、線議に出席された岩本先生よ源を小さくできる（高画質り、会議中での報告内容やが得られる）、短パルスで講演する岩本晃史氏

発生可能（散乱中性子の議論に関する報告が行われました。慣性核融合に関しバックグラウンドノイズが除去できる）という利点があては、NIF（米国、National Ignition Facility）の研究るため、その応用が期待されています。このレーザーに関する進展が中心に報告され、ターゲット設計や製中性子源を実現するため、中性子源の改良とその検作に関する改良が功を奏し、燃料圧縮の性能向上を示出器の開発がすすめられています。レーザー駆動中す結果が示されていることが紹介されました。また、核性子源の実現のためには、レーザー照射によって発融合燃料ターゲットに関しても、液体低温ターゲット開生するX線などのノイズを除去することが不可欠であ発の進展や、コイルガンを用いた燃料出射の実証実験り、そのためには時間分離を行う（時間分解能を向上（ロシア）、0.5Hzでのシェルの射出実験（日本、光産させる）ことが重要な開発要素となります。講演で業創成大学院大学）などの報告がなされました。核融は、これまでの研究開発に関する詳細に関して、高速合エネルギー開発の研究は、全体としてITER（国際熱中性子を高時間分解能・高感度で画像化する新しい核融合実験炉）を中心にすすめられており、建設中のデバイスの開発の詳細、そしてシングルショットベース装置の要素・モジュールに関する状況を中心に、幅広いのラジオグラフ（中性子による影絵）を撮像する試み

内容の進展が参加国各極より紹介されました。ITERとが紹介されました。これに加えて、高繰り返しレーザともに進められている中性子源試験装置IFMIFや、そーによる基礎研究に関する内容も示され、中性子源の装置の重要な構成要素である液体リチウムループ試の実用化にあたっては繰り返験など、核融合炉材料に関する内容の発表も多く行わし性が大きな鍵を握ることがれました。会議報告に引き続き、関連するトピックスとし示唆されました。講演後の質てJ-EPoCH（とそれよる中性子源）を活用しエネルギー疑応答においては、将来のイ高繰り返しレーザーの実現により、レーザー核融合炉ンフラ測定を念頭においた装工学の分野が大きく進展することが予想され、講演後置の小型化などに関する議の質疑応答においてもこの計画に関する大きな期待が論が行われました。

寄せられました。

・4・レーザー中性子源利用
レーザー中性子源利用
委委員員会
会報
報告
告
光産業創成大学院大学特任教授

三間圀興平成22年2月、IFEフォーラムが中心となり報告書

レーザー中性子源は加速器中性子源に比べ、開発「レーザー中性子源による新産業創成調査委員会−途上であるが、以下の様に中性子源として際立った特新産業を目指すレーザー中性子源開発計画−」
がまと徴を有するため、その実用化が待望される。すなわめられた。その後、レーザー核融合、高エネルギー密ち、レーザー中性子源は加速器中性子源に比べ、短パ度科学やパワーレーザー技術の発展が基盤となり、ルスかつ、ソースサイズが小さく、高輝度、すなわちレーザー中性子源の発生・利用技術が進んだ。このピークフラックスが極めて高いのが特徴である。一

状況を踏まえて、今回の委員会では、高出力レーザー方、高繰り返しパワーレーザー技術の開発は目覚まし駆動による中性子源とその学術・産業・医療への利用

く、現状のパルスレーザーの平均出力は加速器のビー技術開発の動向につき、コンパクト加速器駆動中性子ム出力に近づきつつある。しかし、現状では、レー源研究開発の現状を参照しながら、平成28年度からザープラズマ生成による中性子源の時間平均強度は3

平成31年3月まで調査した。

桁以上コンパクト加速器中性子源に比べて小さい。このことから、当面、レーザー中性子源の特長を生かし委員会では、１）中性子駆動レーザー、２）中性子発生、
３）照射・計測、
４）学術・産業・医療利用の４つた利用方法の探索が必要である。のワーキンググループで、現状、課題と展望を調査・検レーザー中性子源討を行なった。成果は、レビュー論文としてまとめ、レーザー学会誌10月号と11月号の特集として出版さ高強度レーザーをターゲットに集光する事で高エネれるとともに、報告書として出版された。
「レーザー中ルギー電子やイオンを発生し、様々な原子核過程を通性子源利用委員会報告書」（令和元年６月出版）の概して中性子が発生する。レーザー核融合では、１億度要は以下のとおりである。の高温DTプラズマを爆縮により発生する。この方式
では、多方向よりレーザーを照射し、大規模プラズマはじ め にを発生させる必要があり、多ビーム、球対称照射でき2011年３月11日の福島第一原子力発電所の事故にる大型レーザー装置が必要である。この方式は将来より、研究用原子炉JRR-3が稼働を停止し、京大炉も的には、J-̀PARCレベルの大強度中性子装置として期一時停止を余儀なくされ、中性子の利用環境が変化待される。一方、コンパクトなレーザー中性子源としてした。
それにより、加速器．
プラズマやレーザー中性子は、レーザー加速イオンによる中性子発生が適してい源が注目されるようになった。その後、実験用原子炉

る。の再稼働や大型のSpallation neutron source の稼

いろいろなイオン加速方法が考えられているが、働により中性子の利用環境は改善されたが、利用分

もっとも典型的でよく調べられているのは、シース場

野が急速に広がっており安全かつコンパクトな中性子

加速：Target Normal Sheath Acceleration（以後源とその利用技術開発が求められている。

TNSA）
である。
第１ターゲット（ピッチャー）のTNSA・5・

で陽子や 重陽子を加速して、軽金属の第２ターゲット（キャッチャー）に入射して中性子を発生する（図１参照）。
TNSAによるピッチャー・キャッチャー方式では、レーザー集光強度、パルス形状とエネルギー、及びキャッチャー材料と構造につき、多様な選択肢がある。その選択により、レーザー性能やターゲット供給

図1 TNSAイオン加速（ピッチャー）と中性子発生ターゲット（キャチャー）の動作イメージ（余語覚文（阪大レーザー研）提供）

方式の仕様が決まる。現在有望とされているのは、加速した重水素イオンをBeターゲットに入射して中性子の後、J-PARC等大型の加速器中性子源が世界各国を発生する方法である。委員会では、この方式を中心で稼働し、中性子科学が進歩し、学術、科学技術、医に検討を進めた。とくに、第３章で検討されるレー

療、産業利用分野が広がった。学術分野では物性研

ザー仕様は、イオン加速方法に密接に関係している。

究、生体物質科学、生命科学、電磁材料、原子核工学

現在、中性子発生のためのTNSAイオン加速の最適等へ利用が広がり、医療応用ではBNCT癌治療、産化では、以下の２つの方法が考えられている。

業・社会利用では、橋梁等の社会インフラの健全性チェック、鉄鋼材料開発、自動車産業、リチウムイオン

レーザー中性子源システムの要素技術は、1.レーザードライバー、2.レーザー伝送/集光、3.レーザー粒

電池診断、等への利用が進んでいる。

子加速ターゲットの製作・供給、4.中性子発生とモデ

レーザー中性子源は小さいソースサイズで短パルスレータ、5.中性子光学・計測の５つである。レーザーが特徴である。さらに、レーザー装置本体が放射線中性子源は、加速器駆動とくらべ、短パルス（パルス幅管理の対象外であることより、中性子発生のための高1ns以下）、点光源（光源サイズ㎤以下）の特徴を有すエネルギー粒子ビームを加速する空間が極めて小さる。
その結果、他の方式では得られない高輝度の中性い。すなわち、放射線シールドのための構造物を極め子源になる可能性があり、瞬間的なピークフラックスて小さくできる可能性があるのも利点である。これら（すなわちピーク輝度）は、ドライバー入力エネルギーの特長を生かしたレーザー駆動中性子源利用の可能あたり、加速器駆動の3桁以上高い（10 n/㎡/s/sr/-性を探るのが、この委員会活動の目的である。

17J）。
一方、平均発生率は3桁以上低く、10 7n/sr/secに留

例えば、橋梁やトンネル等の野外での社会インフラ

まり、レーザードライバー開発により、高ピーク出力の健全性チェック、自動車等の製造現場での中性子レーザーの高平均出力化が今後の課題となる。
近年、利用も可能になると期待される。また、短パルス化が国内外で開発が活性化している高出力パルス半導体可能というレーザー中性子源の特長を生かした中性励起レーザー技術の研究開発に期待したい。

子計測手法として、原子核と中性子の共鳴反応を利用して特定の元素分布を選択的に可視化する共鳴吸収レーザー中性子源の利用イメージング技術が注目されている。図２には、イメー中性子ビームは光、電子、イオンと並び 第４の量子ジングに利用可能な共鳴反応のエネルギーを核種毎ビーム と考えられる。その高い透過性と低エネルに示した。広いエネルギー範囲で高い分解能を得る

ギーで原子核と強く相互作用するのが特徴である。
軽必要があり、レーザー中性子源の短パルス性を有効に元素との相互作用と重元素との相互作用が同程度で活用できる手法として注目される。

あり、金属内軽元素物質の検出やイメージングに有効報告書では、中性子計測技術開発とその基盤技術、であることで、荷電粒子線やX線の利用にくらべ、ユレーザー中性子減速用モデレータの設計と中性子オニークな応用が可能である。

プティクス、中性子利用技術̶学術分野への中性子利用、インフラ中性子診断を目指したコンパクト中性

従来、原子炉中性子源の利用が中心であったが、そ・6・子源開発の動向、コンパクト中性子源の産業・医療へResonance energy（eV）の利用、並びに、英国におけるLaser driven neutron
source development for industrial applications により、レーザー中性子源の利用とその関連分野の技術開発につき、現状と発展可能性を展望している。

お わりに
これまでのレーザー中性子源とその利用に関する研究開発では、コンパクト加速器駆動中性子源の研究開発の成果をもとに、中性子発生、計測器や中性子Atomic number,Z源利用の挑戦的な研究開発が進められている。
一方、レーザー中性子発生研究は、今後、レーザー科学と中性子科学の融合、ユーザーである材料分野、エネルギー分野、国土交通分野、医療分野等との連携により、対象を絞った利用研究開発が望まれる。
本格的な図２. 原子核共鳴散乱による物質イメージング等計測に利用可能な中性子̶原子核共鳴の中性子エネルギー。
甲斐哲也, 共鳴中性子イメージングの現 状 ，Isotope
News, 727, pp.16-19,（2014），
https://www.jrias.or.jp/books/pdf/201411̲TENBO̲KAI.pdfより。

レーザー中性子源の利用を進めるため、10キロワット返しOPCPA増幅、100Hz繰り返し動作フェムト秒級の高平均出力高強度レーザー開発が進められるこ

パルス圧縮（高耐力回折格子）
2. レーザー伝送・集光とを期待する。
委員会は、加速器駆動等他の中性子源とレーザーF値が1程度の短焦点集光光学系、光学系保護：デ中性子源を比較し、その特徴を明らかにし、それを生ブリシールド導入（EUV光源開発の成果を活用）
3. レーザー粒子加速ターゲット製作・供給

かした利用方法を検討した。すなわち、レーザー中性子源は、加速器駆動と比べ、短パルス・点光源（高速中100Hzの連続供給とデブリフリーを実現：例えば、性子のパルス幅1ns以下、光源サイズcm 以下）となる

クライオ液体水素薄膜ジェットターゲット（注：事が特徴である。このことより、他の中性子源では得SLAC（スタンフォード大学）、ダルムシュタット工科られない高輝度中性子源となり、ピークフラックスは大学等で開発）

３

4. 中性子発生ターゲット、モデレータとチャンバー

ドライバー入力エネルギーあたり、加速器駆動の3桁以上高い（10 n/cm /s/sr/J）。
17

中性子発生とモデレータ一体の数cmスケールの2

今後の喫緊の課題は、高いピークフラックスと同時ソース、（エピサーマル中性子で100ns以下、高速中に理化学研究所の小型中性子源RANS程度の平均性子で10ns以下のパルス幅）、コンパクトな放射線中性子発生率を実現することになる。
この課題解決にシールド
5. 中性子光学・計測

は、高効率コンパクト中性子源の開発を目指し、
短パル
ス高強度レーザーの高平均出力化開発を含むレー高速中性子の高速計測、コンパクトな中高エネルザー中性子源システム開発が求められる。

ギーの中性子光学系

以上の検討により、委員会は、要素技術開発の目標

最後に、上記技術開発課題に取り組む研究開発プとなる駆動用レーザーと中性子発生システムの開発

ロジェクトが産官学で早い時期に早急に開始されるこ課題を以下の様に定めた。とを期待するとともに、委員会ならびに報告書作成に1.中性子源駆動レーザー

協力いただいた、IFEフォーラム、レーザー学会、ならパルスエネルギー100J級半導体励起レーザー（薄びに、参画いただいた委員の方々に深厚なる感謝を表膜ディスクもしくは、アクティブミラー方式）、高繰りしたい。

・7・

編集後記
10月の台風15号、19号、そしてその直後に続いた豪雨で、東日本を中心に大災害となりました。被災された方々、地域の一日も早い復旧をお祈り申し上げます。自然災害の度に、自然現象の威力の大きさを思い知らされます。地球温暖化もまた地球規模の現象となり、まさにその対策に人智が問われています。
IFEフォーラムでは今年度に新たな有識者会議を設立し、第１回会議を10月18日に開催しパワーレーザーと高エネルギー密度科学技術に関する議論を開始しました。その詳細は次号にて報告予定ですが、前回の有識者会議の結果をふまえ、さらに議論を深めてゆくことが期待されます。

編集委員

小路泰弘（関西電力）、白神宏之（大阪大学）

重森啓介（大阪大学）、山本和久（大阪大学）

連絡先
公益財団法人 レーザー技術総合研究所

ＩＦＥフォーラム/レーザー核融合技術振興会事務局〒550-0004 大阪市西区靭本町 1‒ 8 ‒ 4
大阪科学技術センタービル4F
T E L（０６）６４４３−６３１１
FAX（０６）６４４３−６３１３

URL：http://www.ilt.or.jp/forum/index.html

・8・