2017, Dec.
No.

357

CONTENTS
レーザー核融合炉チェンバー内における金属蒸気同士の衝突シミュレーション
MTSA2017 - OptoX Nano - TeraNano8
国際シンポジウム報告
ILTの最新技術を紹介！
光とレーザーの科学技術フェア2017
主な学会等報告予定

ISSN 0914-9805【表紙図】（左）高速点火レーザー核融合発電プラント「KOYO-fast」の液体壁チェンバーの概念図（ターゲットは150倍に拡大）（右）チェンバー第一壁のタイル構造の概念図

レーザー核融合炉チェンバー内における金属蒸気同士の衝突シミュレーション
理論・シミュレーションチーム

■液体壁チェンバーの課題

古河裕之「KOYO-fast」では表紙図（右）に示すように、第一壁高速点火レーザー核融合炉発電プラント概念設計から飛散した金属蒸気がチェンバー中心部に集中しな「KOYO-fast」（表紙図（左））では、厚さ3 mmから5 mm

いよう、第一壁は角度を付けたタイル構造としている。

程度の液体リチウム鉛が第一壁に沿って滝状に流下す

これまでの筆者らの研究により、一枚のタイルから吹る液体壁構造により第一壁を保護している。液体壁は、き出す金属蒸気はタイルの表面に対して垂直方向にほ核融合燃焼により生じた X 線、α粒子及びデブリ粒子ぼ直進するため、チェンバー中心近傍での金属蒸気同により、液体から中性気体、部分電離プラズマへと相士の衝突はほとんどないことが示されている。しかし変化を伴いながらアブレーションする。生成された金ながら、チェンバー内の液体壁近傍では、隣接する二属蒸気がチェンバー中心付近で衝突すると、エアロゾ枚のタイルから飛散する金属蒸気同士は15 °の角度でル等が生じ、金属蒸気の排気、ひいては核燃焼反応に衝突する。そこで上記の条件を取り入れ、粒子法を用とって大きな妨げとなることが予想される。

いて金属蒸気同士の衝突のシミュレーションを行っ公益財団法人レーザー技術総合研究所

レーザー･クロス

次ページへつづくレーザー核融合炉チェンバー内における金属蒸気同士の衝突シミュレーション
た。「KOYO-fast」では液体壁材料としてLiPbを想定しを求めた。蒸気圧力は0.05 Torr 、境界条件は、x y zているが、簡単のため鉛を用いてシミュレーションをすべての方向において周期境界条件とした。図2 に粒行った。

子の初期位置を示す。「赤○粒子」に x 方向の初期速度■粒子法による金属蒸気同士の衝突シミュレーション、y 方v0を、「青×粒子」に x 方向の初期速度 v0 cos 15°向の初期速度 v0 sin 15°を与え、シミュレーションを

図1 は、金属蒸気同士の衝突の概略図である。衝突行 っ た。図 3 に、v0=106 cm/sの 場 合 の「赤○粒 子」とにより金属蒸気のy 方向の速度が負になると、チェン「青×粒子」の速度の統計平均の時間発展を示す。衝突

バー中心へ向かう方向に速度を持つこととなり、金属により 二つの金属蒸気が一体となって運動することが蒸気同士がチェンバー中心付近で衝突する可能性が生わかる。図 4 には、y 方向の速度が負の「赤○粒子」のじる。金属蒸気同士の衝突に関し、粒子法を用いたシ存在確率の時間発展を示した。この結果は、金属蒸気ミュレーションを行った。粒子法とは、流体を任意の同士の衝突により0.3μs 程度でy 方向の速度が負の「赤大きさの塊に離散化し、それを粒子と仮定して計算す○粒子」が存在しなくなることを示している。

る方法である。基礎方程式を以下に示す。

■まとめと今後
本研究では、粒子法を用いたシミュレーションにより衝突する二つの金属蒸気それぞれの速度の時間発展、およびy 方向の速度が負となる粒子の存在確率をパラメーターである質量密度(ρ)、圧力勾配(∇ )、粘求めた。得られた結果は、液体壁近傍での二つの金属性率(ν)はそれぞれ定式化し、それらを連立して粒子速度を求める。
衝突する二つの金属蒸気それぞれの速度の時間発展【図1】金属蒸気同士の衝突の2次元シミュレーションモ
デル【図3】各粒子における速度の統計平均の時間発展【図2】粒子法による金属蒸気の初期配置（0.05Torr）【図4】y 方向の速度が負の「赤○粒子」の存在確率

2蒸気同士の衝突は、チェンバー中心近傍での金属蒸気

つ で あ る 直 接 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン・モ ン テ カ ル ロ

同士の衝突に大きな影響を与えないことを示唆してい（DSMC）法などを用い、チェンバー内の金属蒸気の挙る。一方、今回シミュレーションに用いた粒子法は、動について実際のサイズを考慮した評価を行う予定で希薄分子気体において粘性を過大評価している可能性ある。

がある。今後、希薄分子気体の解析で有用な手法の一REPORTMTSA2017 - OptoX Nano - TeraNano8
国際シンポジウム報告
レーザーエネルギー研究チーム

李 大治■テラヘルツ・ナノ科学に関する合同シンポジウムされる。報告では、液体水から発生するTHz波は空気

去る11月19日〜23日、岡山コンベンションセンター

プラズマからのTHz放射と比較して異なることが示さ（岡山市）にて開催された、マイクロ波・テラヘルツ科れた。空気では、非線形光学効果が強いTHz場発生の学 お よ び 応 用 に 関 す る 国 際 シ ン ポ ジ ウ ム（4th起因となるため、励起パルスの時間幅はより短い方がMicrowave / THz science and Application,

有利であるが、これとは対照的に水から生じるTHz場MTSA2017）に参加した。本会議は、マイクロ〜THzは、より長いパルス幅で最大化されるとのことである。

帯の電磁波発生技術から、分光・イメージングなどを■D2I法によるTHzインパルスの発生用いた基礎科学、新たな機器開発およびそれらの応用

ラ イ ス 大 学（米 テ キ サ ス 州）の 研 究 者 か ら、D2Iに関する最新研究について議論することを目的に、東（direct digital to impulse）法によるTHzインパルス発

ア ジ ア 地 域 で 隔 年 開 催 さ れ て い る。2015年 か ら は、生に関する報告があった。D2I法では、超高速電流ス

THz科学とナノ科学をつなぐ枠組みで組織された国際イッチにより電流の急激な立ち上がりまたは立ち下がシンポジウム（TeraNano）との合同開催となったが、りを発生させ、THz発生用のアンテナに供給する。こさらに今回は、ユビキタス技術やヘルスケアなど多くのアンテナは低周波でインダクタとして動作するようの応用に必要とされる高度なナノマテリアル / デバイ

設計されており、電流ステップがアンテナを直接通過スと、光・X線計測によるそれらの評価技術の最新動した後THzインパルスが放射される。開始時間は外部向について議論する1st OptoX Nano シンポジウムもから供給されるデジタルトリガによりロックされる。

同時開催となり、この研究分野においても応用に向け

彼らはオンチップスロットボウタイアンテナを設計した動きが加速していると感じた。期間中には米国、欧て実証実験を行っており、レーザーフリーで時間幅州各国、中国、オーストラリア、韓国、日本から多く1.9psのTHzインパルスの生成に成功している。の研究者が集まり、約160の研究報告が行われた。

■水（液体）からのTHz波放射
固体、気体、プラズマはすべてTHz波の発生に利用されるが、THz光源としての液体の使用は困難とされている。特に液体の水はTHz周波数帯の強い吸収体であるため、テラヘルツ波の放射源には適さないと長く
考 え ら れ て き た。こ れ に 対 し ロ チ ェ ス タ ー 大 学（米ニューヨーク州）の研究者らは、フェムト秒レーザーにより励起された水から広帯域THz波が発生することを実証したと報告した。試料には、重力落下を利用した流動性水膜が用いられた。2本の平行ラインによりガイドされ、ライン間の表面張力によって水膜が形成【写真】発表会場の様子
3■原子スケールの超高速THz顕微鏡

STMイメージング法と組み合わせ、ペンタセン単分子

レーゲンスブルク大学（独）の研究者らは、ナノ / 原の軌道内電子密度のイメージングや、THz駆動の量子子スケールでのフェムト秒スナップショットを観測す

ポンプ-プローブ実験によりペンタセン分子フレームのる た め、走 査 型 近 接 場 光 学 顕 微 鏡（s-SNOM）お よ び

超高速振動を時間ドメインで観測することに成功してTHz走査型トンネル顕微鏡（THz-STM）の二つの手法いる。フェムト秒やサブサイクル（光波長の一周期以を提案し、実証実験を行った。彼らは近赤外励起 / マ内）の高時間分解能と、ナノ・原子スケールの空間分

ルチTHzプローブs-SNOMを用いてグラフェンのよう解能をあわせ持つ計測手法は、高度なナノマテリアルな層状物質として知られる黒リンのヘテロ構造体の計/デバイスの評価に必要な技術であり、この報告は測を行い、5ピコ秒の励起寿命内に生じる過渡的なポTHz波の利用が技術開発のための有力な手段となるこラリトン干渉縞の観測に成功した。さらに彼らは、空とを示している。

間 分 解 能 向 上 の た めTHz-STMを 最 先 端 の 単 一 分 子

TOPICS

ILTの最新技術を紹介！

光とレーザーの科学技術フェア2017
去る11月14日〜16日、科学技術館（東京都千代田区）にて「光とレーザーの科学技術フェア2017」（主催：オプトロニクス社）が開催されました。毎年春に開催される国際展示会（OPIE）とならび、本会はレーザー・光学技術に関する秋の目玉となる大展示会となっています。期間中は「オプティクスフェア」「レーザー科学技術フェア」など6つの展示会とともに、関連技術のセミナーも多数開催されました。当研究所では、研究成果報告会の開催、ならびにレーザー科学技術フェアへ出展し、当研究所の最新技術を紹介いたしました。

■平成28年度研究成果報告会（ILT2017）＜東京会場＞
11月14日、同会場にて研究成果報告会を開催いたしました。今回から形式をオープンセミナーとし、最新成果の報告に加えレーザー加工やパワーレーザー開発、光学素子の選定法、レーザー計測法の基礎知識について解説いたしました。当日は100名以上にご参加いただき、貴重なご意見を多くいただきました（写真）。

■レーザー科学技術フェアへ出展
当研究所のブースでは、技術紹介ビデオの上映やパネル展示を行いました。期間中は多くの方々に来訪いただき、コンクリート健全性評価やレーザー加工技術への問い合わせを多くいただきました。また、光学素子のレーザー損傷評価試験に参画いただいている企業の方にもお立ち寄りいただきました。

【写真】成果報告会の様子

主な学会報告
1月24日
（水）
〜 26日
（金） レーザー学会学術講演会第38回年次大会（京都市勧業館みやこめっせ）
染川 智弘「海上ラマンライダーの開発」
藤田 雅之「ゼロフォノンライン励起Yb:YAG TRAMレーザーの熱特性」
李 大治 「新型放射を用いたスミス・パーセル自由電子レーザー」
倉橋 慎理「屋外利用を目指したレーザーによるコンクリート構造物内部欠陥検出の高速化技術の開発」
Laser Cross No.357 2017, Dec.

http://www.ilt.or.jp

発行／公益財団法人レーザー技術総合研究所 編集者代表／谷口誠治 〒550 - 0004 大阪市西区靱本町1-8-4 大阪科学技術センタービル4F TEL(06)6443-6311 FAX(06)6443-6313

掲載記事の内容に関するお問い合わせは、編集者代表･谷口誠治（E-mail:taniguchi@ilt.or.jp）
までお願いいたします。