ISSN 0914-9805

レーザー・クロス

2002,Mar.

168

No.

CONTENTS
レーザー誘雷技術の開発〜ハイブリッド方式による長尺放電誘導〜
第一回日台機械工学と航空宇宙工学に関するワークショップ『光と蔭』
レーザーと宇宙工学と慣性核融合【写真】
強電離と弱電離プラズマチャンネルを用いた長尺放電誘導時の写真。

レーザー誘雷技術の開発〜ハイブリッド方式による長尺放電誘導〜
レーザービーム伝送プロジェクト■アクティブな避雷対策

研究員

島田義則

が強電離プラズマ（荷電粒子密度 n >> 1015 cm-3）である。この近年では落雷対策技術が進歩し、電力の安定供給が実現されプラズマは、単位長さに生成されるプラズマ密度が高く、放ている。しかし、まだ落雷の事故がゼロになったわけではな

電のトリガ効果に優れている利点はあるが、単位当たりに注い。現行の避雷技術の根底にあるのは落雷が発生してから対処入するエネルギーが大きく、長尺のプラズマチャンネルを生を行う受動的な発想である。理想的な落雷事故ゼロを目指し、成するためには大出力のレーザー装置が必要となることや、電力の安定供給を目指すのであれば発想を転換し、落雷させなまた大気中のエアロゾルなどが核となり、ビーズ状のプラズいシステムの導入が不可欠である。レーザー誘雷技術は落雷しマが光軸に沿って生成されるため、離散的なプラズマチャンようとする雷をレーザーで誘導し安全な場所に落雷させる技術

ネルとなる欠点がある。一方、紫外光を用いて大気中にプラで、守りたい場所に落雷させない積極的な避雷技術である。

ズマを生成させると目には見えない弱電離プラズマ（荷電粒子

当研究所では、落雷被害の多い日本海側の冬期雷を研究対象

密度 n < 1015 cm-3）が生成される。このプラズマは、放電の前として、レーザー誘雷野外実験を行い、世界で初めてレーザー駆過程で起こるリーダを生成することは困難であるが、最適誘雷に成功した実績がある。当研究所ではさらにレーザー誘雷化することにより、強電離プラズマで発生したリーダを長尺の高信頼度化を目指し研究を進めている。に渡ってガイドすることが出来る利点がある。

■ハイブリッド放電方式

今回は４倍高調波発生用ガラスレーザー（紫外光レーザー）を雷を確実に安全な場所に落雷させるための重要な要素として用いて大気中に弱電離プラズマを生成し、その密度をマイクレーザープラズマチャンネルを長尺化することが求められる。

ロ波干渉計で測定した。また、そのプラズマチャンネルを用

著者らは長尺のプラズマチャンネルを作るために強電離プラズいて放電実験を行ったので、これらについて報告する。

マと弱電離プラズマを用いたハイブリッド方式を提案してい■弱電離プラズマチャンネルの密度る。強電離プラズマとはCO2レーザーなどの赤外光を大気中に紫外光レーザーを焦点距離9mのレンズを用いて集光し、大照射すると目に見える発光を伴うプラズマが生成される。これ

気中に弱電離プラズマを生成させ、その密度を測定した結果
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財団法人レーザー技術総合研究所ニュース

レーザー誘雷技術の開発〜ハイブリッド方式による長尺放電誘導〜（前ページよりつづく）
を図1に示す。■印がマイクロ波干渉計を用いて測定したデータである。また、●印は高電界で弱電離プラズマ中のイオンを捕獲する方法（チャージコレクター）で弱電離プラズマ密度を求めたデータである。
レーザー強度が大きくなるに従い、密度は約1.1乗で直線的に増加する。また、レーザー強度3×109W/cm2で放電誘導が可能なプラズマ密度1013cm-3が達成できている。
【図１】【図２】弱電離プラズマ中を進展するストリーマの様子

縦軸に取り、50％フラッシオーバー電圧（V50）の境界線をプロットした。
プラズマ密度が大きくなると、放電に必要な外部電界は著しく小さくなり、プラズマ密度1.1×1013cm-3では0.6×105V/mにまで低下した。さらにプラズマ密度が大きくなると放電に必要な外部電界は益々小さくなる。
通常、雷雲下の大気中の電界は0.1〜0.2×105V/m程度であり、図から外挿すると1.5×1013cm-3以上のプラズマ密度が必【図１】レーザーFluxとプラズマ密度の関係■ハイブリッド放電実験要であると予想される。
■レーザー誘雷の今後

表紙写真にハイブリッド方式を用いて2mの放電誘導を行っ上述のように、ハイブリッド方式を用いた場合における長たときの写真を示す。棒−平板電極間2mに渡って放電がガイ尺放電条件が明らかとなりつつあり、実用化に向けて研究がドされている様子がわかる。

確実に進んでいる。

図2に放電時のストリーマ写真を示す。写真の縦軸が空間方長尺の弱電離プラズマチャンネルを生成するための紫外光向で上部が棒電極で下部が平板電極である。横軸が時間軸で左レーザー装置も開発され、当研究所が持つMACH集光鏡（連続から右へ向かって時間が経過している。棒電極からストリーマ的に集光点を変化させることにより長尺のプラズマが生成可が進展し、徐々に速度は低下する。平板電極に近くなるとス能）を用いることにより〜100m程度のプラズマチャンネルを生テップを踏みながら進展する事が分かる。そして、棒電極と平成することが可能と思われる。

板電極が短絡されると主放電に至る。レーザーが照射されてから放電に至るまで620ナノ秒で放電に至る。
【図２】
通常、弱電離プラズマチャンネル中を進展するストリーマは大きな外部電界により強められ、自身のもつ電荷によってさら最後にレーザー誘雷を構成する個々の技術は放電技術、雷予知技術など様々な分野に応用が可能であり、レーザー誘雷研究から波及した技術がまたレーザー誘雷と相まってさらに高度な技術になることを願っている。にストリーマ先端の電界を歪めて自己進展していく。しかし外部電界が小さい場合には十分にストリーマが進展できず、ストリーマ自身の電界も歪められないため、それ以上進展できずに放電に至らない。すなわち放電するか放電しないかの限界の電界とは、ストリーマが平板電極に到達する寸前で止まるかどうかの限界の外部電界であり、ストリーマ自身の先端が持つ電荷はその周辺の電界を強めることはできないと考えてよい。すな
わち、ここで得られたプラズマ密度と電界の関係から、ある外部電界のなかでストリーマが進展するのに最低限必要な弱電離プラズマチャンネルの密度を考えると図3のようになる。平板電極付近のプラズマ密度を横軸に、平板電極付近の電界強度を【図３】弱電離プラズマ中を進展するストリーマの様子

NEWS

第一回日台機械工学と航空宇宙工学に関するワークショップ
レーザービーム伝送研究チーム■日台協力により開催されるまでの背景

チームリーダー内田成明■機械工学と航空宇宙に関する幅広い会議内容

表記ワークショップが台湾、台南市の国立成功大学（Cheng

会議の話題はその名が示すとおり非常に幅広く、構造物と構Kung University）で開催された。大学の名前は台湾をオランダ成材料、ロボティクスと制御、流体・空気力学、燃焼工学、熱植民地から開放し台南地区の礎を築いた今も台湾人の尊敬を受

伝導問題、ジェット推進、MEMS（ Micro Electro Mechanical

ける鄭成功に因んでいる。本ワークショップは東京工業大学のSystems）などである。筆者は流体力学のセッションに主に参加

岸本教授と成功大学のHwu教授の発案で企画されたものであしたが、その中でも航空機の空気力学など現場に即した話題かる。日本からは東北大学衝撃波研究センターの高山教授をはじらレーザー推進にいたるまで、平板上の乱流解析から収束衝撃め総勢36名が参加した。今回は第一回目ということもあり、波に起こるRichtmeyer-Meshkov不安定性の話題まで多岐に亘っ

日本側の参加者を広く募集しなかったので、約半数が東京工業た。なかでも東工大グループのC I P（C u b i c - I n t e r p o r a t e d

大学からの参加であった。台湾側の参加者は39名であった。

Pseudoparticle/Propagation）
法の進展が目を引いた。同手法は流会議プログラムは7件のキーノートレクチャをはじめとして約体と固体の界面など大きな物性ジャンプの存在する場合の流体80件の講演で構成された。

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『光と蔭』

……69

三題噺のように聞こえるが、この三つは私にとって深いかかわりがある。宇宙開発

事業団は当初ロケットダイン社のエンジンを積んだ宇宙ロッケトH１で順調に打ち上げに成功していたが、国産ロケットH2になって、始めはよかったのに、やがてトラブル続きに見舞われ、太平洋の海底から失敗エンジンを回収し、慎重の上に慎重を重ね改良した結果、この度Ｈ２Ａロケットの打ち上げに２回連続成功した｡誠に喜ばしいことである。
ただ陪乗した宇宙航空研究所の再突入試験用の人工衛星ＤＡＳＨは放出できなかった。
実は、この宇宙研の､今は昔、Ｌ３Ｈ５ロケットで世界ではじめて半導体レーザーを搭載してエアロゾル観測（ＡＺＬ）を行ったことがある。ロケット観測は誠に潔いものである。長らく準備した努力が一瞬に結果につながるか失敗におわるかなのである｡何十億円掛けたとしても、まさに１か０なのだ。このときは見事にテレメーターが作動し、３００Ｋｍ上空にエアロゾルが存在することをつきとめた｡またその頃プラズマ研究でもコリジョンレスショックの実験を行っていた。これは地球磁場と太陽風の相互作用に関連したものだから、宇宙観測と核融合研究をレーザーで繋ぐという大それた望みをいだいたものだった｡慣性核融合は巨大なレーザーが必要であり、しかも長丁場の研究である。その度に装置を海に叩き込んで実験終了というものではない。けっして短気をおこしてはならないのである。やはり両者を同時にものにすることなど出来るものではなかった｡文部省の大山超研究調整官に二者択一をせまられたのを覚えている｡若気の至りと言うか、元気に満ち満ちていた当時の研究生活が目に浮かぶのである。
閑話休題、ロケットに代表される宇宙工学とレーザーによる慣性核融合が国のステータスを示すシンボルであることは火をみるより明らかであろう｡米国はもとより、ロシア、ＥＵ､中国など力を尽くしてこの命題に努力している。科学技術はベンチャー創出にこそ必要だという世間の捉えかたはあまりに小児的である。貧すりゃ鈍するでは日本国が泣くではないか。

【（財）
レーザー技術総合研究所 研究所長】

（前ページよりつづく）

ある。センターの運営費2000万円弱は全てユーザーの利用料運動も計算機で簡単に取り扱えることが特長であるが、レーで賄われているとのことである。

ザーによる切断や溶接のシミュレーションを固体、液体、ガス■IT関連を中心に委託研究が盛んな精華大学動力機械工学系を訪問の各相をすべて含めて非常にコンパクトに扱えるようになっ

精華大学
（新竹市）
では動力機械工学系を訪問した。動力機械

た。近年、コンピュータグラフィックス（CG）による映画の製工学といっても油まみれのエンジンが相手ではなく、各研究室作が話題を呼んでいるがCIP法による物理法則に則したCGのはワークステーション（WS）と計測用のレーザーが整備された製作にも取り組むとのことである。

クリーンな雰囲気で、IT用の超精密機械部品の製造、制御法や筆者は日本のレーザーエネルギーネットワーク（LE-NET）の熱特性の研究が行われている。台湾は半導体関連産業の成長が紹介と共に、その一環として著しいが、この工学系だけでもレーザー推進力の発生効率向上

一昨年、約３億円の寄付が企業に関する研究を報告した。レー

から寄せられ、それに加えて各ザー推進の最初の実用化は軌道

研究室にはIT関連のテーマを中上の衛星を制御するマイクロ推心に委託研究が盛んに行われて進機への応用が有望と考えられいる。研究の内容はCD-ROMドるが、発生推力は実用化レベルライブの回転安定性改善、集積に近づきつつあり、今後推進剤回路やMEMSのパッケージングの供給方法など工学的な研究課最適化および熱・機械特性解析

題に取り組む段階にきている。など製品に直結したものが多く■大小約300台の装置を24時間見られる。広々とした清潔な研体制で企業に開放する台湾大学究室に新しいWSやレーザー機器ワークショップの他に台湾各が整然と並んでいる様子は大学

地の国立大学（台湾大学、精華大というよりも企業の研究開発室学、成功大学）を訪問した。まの様であった。学術的な研究はず、台湾大学（台北市）は台湾最どうであろうかとも思われる大の総合大学であるが、工学部が、良し悪しは別として台湾での応用力学研究所（Institute ofは国立大学も含めて国を挙げてApplied Mechanics）を訪問した。

産学連携を目一杯活用しながら24名の教官に対して120名の学生

ハイテク産業立国を目指してい【写真１】成功大学のキャンパス【写真２】ワークショップのメンバー一同（うち博士課程36名）の規模で年間30億円の予算で運営されてる。研究自体は始まって間もない印象も受けた。研究室の入っいる。台湾大学は最も恵まれた大学であるが、中でも機械系のている建物は完成してまだ数年のものが多く、レーザー干渉計学部は最近のマイクロ・ナノ技術のブームに乗って、優秀な学やマイクロマニピュレータ、レーザー顕微鏡などが納品された生と企業からの資金が集中しているようである。しかし、そのままの姿で実験室に据え付けられている研究室もあり、人材のような恩恵に安住することなく、さまざまな工夫で研究所のリ育成も含めてこれからの進展が望まれるところである。

ソースパフォーマンスは非常に高く見受けられる。例えば、研台湾の工学系大学院では入学から卒業までの修了率は15％

究所内に設置されたMEMSセンターにはマイクロ加工や薄膜程度とのことである。まさに選び抜かれたエリートが輩出され製造用の大小約300台の装置が24時間体制で企業に開放されてる。比較的恵まれた環境の国立大学でも国からの資金だけに頼いるが、維持管理は僅か5名のスタッフにより行われている。

らず産学連携による努力をしている。台湾では政府も大学も企

その秘密は徹底したコンピュータネットワーク技術の利用との業も学生も国の発展のために一生懸命だ。

ことである。装置を利用したい企業はインターネットを通してセンターにアクセスし、空き時間を見つけて予約を入れればよい。また、多くの装置もネットワークに繋がっており、その運転状態がモニターされている。スタッフは管理的なルーティン

掲載記事の内容に関するお問い合わせは、編集者代表 藤田雅之
（TEL&FAX:(06)6879-8732,E-mail:mfujita＠ile.osaka-u.ac.jp）
までお願いいたします。
当研究所のWebページ http://www.ilt.or.jp もぜひご覧下さい。

ワークに忙殺されずに技術指導などに集中できるというわけで
Laser Cross No.168 2002,Mar.
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