J. Plasma Fusion Res. Vol.85, No.11 (2009)７
５５‐７６１

解説

高速点火核融合研究の進展−高速点火実証ターゲット，ペタワットレーザー LFEX−
乗 松 孝 好，長 井 圭 治１），岩 本 晃 史２），河 仲 準 二，中 田 芳 樹
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター，１）東京工業大学資源化学研究所，２）自然科学研究機構核融合科学研究所（原稿受付：２
０
０
９年８月１
９日）

高速点火実証実験で不可欠なターゲットの開発，追加熱に用いるペタワットレーザー LFEX（Laser for First
Ignition Experiment）の現状について示した．ターゲットでは新設計，非球対称なコーンつきターゲット内部に中空固体燃料層を形成する技術，低密度フォーム材料の現状を示した．LFEX レーザーでは本体が完成し，パルスを短くする回折格子を用いた圧縮器の建設が進められている．
Keywords:
laser fusion, fast ignition, cryogenic target, low density foam, PW laser LFEX

１．初めに

ラズマを高速点火方式で 5 keV にまで加熱することを目標

慣性核融合の分野では点火燃焼の実証が現実的なものにとする FIREX-1 プロジェクトが進められている．高速点火なり，発電プラントへのロードマップの作成等の活動が急方式は中心点火方式の〜1/5 程度の出力のレーザーで点火速に進展している．米国ローレンスリバモア国立研究所

燃焼を実現しようとするもので，今までの実験結果とし（LLNL）では１０年前に建設を開始した NIF（National Igni-て，極短パルスペタワットレーザー［２］
で千倍の中性子の増tion Facility）［１］が完成し，５月に完成披露が行われた．建大と 20 ％程度の加熱効率が実証されている［３］．FIREX-I

設開始時のキーワードは「ナショナルセキュリティ」での成否はターゲットとレーザーの開発にかかっていて，こあったが，完成披露式のそれは「星のエネルギーを地上に」こではターゲットとレーザー開発の現状について述べる．

であった．来年にかけ，調整ショットを行い，２０１３年まで

２．高速点火用ターゲット燃料容器には間接照射，中心点火方式での点火燃焼の実証，利得!!"!（入力レーザーエネルギーに対する出力核融合エネ

本プロジェクトで使用が予定されている改良ターゲット

ルギーの比）を実現しようとしている．また，フランスでを図１に示す．この球対称性のない固体燃料層の球殻化も数年遅れのペースで同様の施設 LMJ（Laser Mega Joule）

は，低密度フォームへ液体重水素を含浸させ，固化するこの建設が進められている．これらはいずれも単ショットとにより作られる．LFEX レーザーの照射を高 Z コーンをベースであるが，レーザーの出力は将来のレーザー核融合

通して行い，爆縮プラズマを加熱させる．このデザインは発電所の１ショットと同等である．簡単に言ってしまうと

最近若干修正され，プロジェクトスタート時に比べ，１）後は利得を高める（!!"!!）とともに高繰り返し（〜10Hz）で高効率（電気→レーザー 10 ％）なレーザー，高繰り返し照射の技術を開発すれば，レーザー核融合発電所は実現することになる．
さらに LLNL では核融合と核分裂を併用し，２０３０年代までに送電線に電力を供給するという野心的な LIFE（Laser
Inertial fusion/Fission Energy）プ ロ ジ ェ ク ト が 提 案 され，アメリカ合衆国エネルギー省（DOE）のヒアリングを済ませている．この計画は核融合単独では炉につながらな
い間接照射方式でも電力供給ができるシナリオで，オバマ
大統領のグリーンニューディール政策にうまく乗れば，急速な進展を見せる可能性がある．

図１

大阪大学レーザーエネルギー学研究センターでは爆縮プ

改良型 FIREX-I 用ターゲット．

Current Status of Laser Fusion by Fast Ignition- Target for FIREX and PW Laser LFEXNORIMATSU Takayoshi, NAGAI Keiji, IWAMOTO Akifumi, KAWANAKA Jyunji and NAKATA Yoshiki
corresponding author’s e-mail: norimats@ile.osaka-u.ac.jp

７５５!2009 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.85, No.11 November 2009

コーン内面へ低密度フォーム材料を配置，２）ダブルコー

エアロゲル材料の一つであるレゾルシノール・ホルムアルン構造の採用，３）コーン外面を低 Z 材料でコーティン

デヒド重合体（RF）はレゾルシノールとホルマリンを塩基性

グ，４）Br 添加アブレータの採用等を行い，加熱レーザー

で重合させ，可溶性オリゴマ（分子量数百〜数千の重合体）による爆縮されたコアの加熱効率を 高 め よ う と していとした後に，酸触媒により，オリゴマ側鎖間の架橋反応に

る．１）は加熱レーザーが吸収される領域の電子密度に関よってゲル 化（不 溶 化）させるフェノール 樹 脂 の 一 種 で あ係する．密度が低すぎる場合，電子温度が高くなりすぎ，る．多孔質構造が小さいため（〜100 nm）可視光が散乱さ爆縮コアの中で吸収しきれなくなり，高すぎる場合は相互れず透明である．ゲル化前の前駆体溶液は水溶性だが有機作用をする領域が狭くなりすぎ，同様に電子温度が高くな

溶媒には不溶なので，オイル／水／オイル（O/W/O）エマ

りすぎるためである．フォーム層の厚さは 60〜70 μm 程ルジョンとして，カプセル化することが可能である［５］．

度，密度は 20〜30 mg/cc のものが期待されている．２）
はカプセルの直径と厚みを制御すると同時に，エマルジョン

強力なレーザーにより加速された電子を有効に前方に収束製造装置と組み合わせることにより，千個以上のカプセルさせ，爆縮コアを加熱するためのものである．シングルが単分散サイズで得られる［６］．ゲル化反応速度を加熱にコーンの場合，コーンの外側は爆縮，あるいはその途中のよっても加速することができるが，水の密度の温度依存性

プラズマで満たされている．この場合，加熱レーザーによは有機溶媒に比べてやや大きく，室温における密度整合がり加速された電子はそのまま周辺プラズマの中に浸透して60℃ 付近では水相が浮力を受けてしまい，エマルジョンのいく．コーンを二重にし，その間を真空絶縁にしておくと，密度整合が崩れてしまうという問題点があった．この問題

チャージアップにより電子はコーンの方に引き戻され，磁は O 相のシリコーンオイルに触媒を加え，相間移動触媒と場との関係で前方に収束する．シミュレーションではコーして作用させてゲル化速度を加速することにより解決されンの間隔 20 μm 程度で十分な効果が期待される．３）は爆た［７］．相間移動触媒に関しては，予想外に 100 nm 程度の

縮途中のプラズマがコーンを 構 成 す る 高 Z 材 料 と混ざ薄膜がエアロゲルの外表面に形成されることが見いだされり，冷却され，爆縮速度が遅くなる現象を回避するためのた．最近では相間移動触媒の種類を替えることでその平滑ものである．CH の厚さは 1 μm 程度で十分である．４）は性を高められることも明らかとなっている［８］．アブレー

0.3 atmic％の Br をアブレータの中に入れると，生成したタ層の平滑性を高める観点からも有用な方法となり得よ

Br の特性 X 線により，２段圧縮が発生し，流体力学的不安う．

定性の成長抑制をねらったものである．このアブレータの密度整合をより厳密に保つためには，エマルジョンのオ

採否は X 線による燃料や，コーン先端部のプリヒートのこ

イル相，とくに外側のオイル相は不揮発性であることが好とを考慮しながら判断する必要がある．

ましい．以前は揮発性かつ可燃性もしくは有毒性の有機溶

これらに加え，当初から提案されていた燃料層支持用の媒が用いられてきたが，不揮発性のシリコーンオイルを混

低密度フォームシェルの開発（FIREX-I では密度 100 mg/

合して密度整合を保てるようになっている［９］．

cc で透明であること，最終的には 10 mg/cc であるが，燃料また，液滴形成装置でエマルジョン化させた場合，カプ充填技術確立の条件で，不透明でも可とする），固体燃料

セル厚を制御するにはRF溶液の粘性を高める必要があり，層充填技術の開発が肝要である．シミュレーションによれある程度の重合度が必要となる．しかし RF オリゴマの分

ば FIREX-I クラスのターゲ ッ ト の 爆 縮 に 要 す る 時間は子量を高めると，ゲル化が起きてしまい，液滴製造装置の2.5 ns であり，高密度を維持している時間は 100 ps である．

ノズル詰まりを起こす．これを避けるために，レゾルシ

爆縮タイミングと追加熱レーザーの照射タイミングは，どノールに代えて，phloroglucinol carboxylic acid とホルムア

ちらも同じ発振器を用いて，そこからのパルスを増幅する

ルデヒドを重合させ（PF），これと RF オリゴマを混合し形で行うため，同期精度の再現性はきわめて高い．しかし，た水溶液を液滴製造装置でエマルジョン化させた［１０］．図

その時間はレーザー照射前に設定されるもので，ターゲッ

２はターゲット化したエアロゲルカプセルの例である．

トの方が設計どおり製作されていなければ，加熱の効果はフォーム密度を 10mg/cm3 以下の極低密度とすることは上がらない．単純なモデルでもターゲットの質量に影響す容易でないが，ポリ（４‐メチル‐１‐ペンテン）（PMP）ではる厚さ，密度などのパラメータは 1/20 以下の精度で制御さそれが得られている．ゲル溶媒をアルコール，特に密度のれなければならない．実用炉クラスではさらに厳しい条件

近いブタノールやヘキサノールでゲル化させ，それをエアとなる．

ロゲル化させることにより，2−3mg/cm3 の極低密度エア

燃料を含浸させる媒体となるプラスチックフォームの製

ロゲルをサブミクロン構造で得られる［１１］．また，その構

造方法はいくつかが知られているが［４］，空隙サイズが造サイズはアルコールの種類を変えることで制御できる．

レーザー波長，レーザースポットサイズより十分に小さく

このエアロゲルは，まだカプセル化には課題が多いが，そなければならないことから，微細構造を与えるエアロゲルの極微構造，極低密度フォームを利用して極短パルスレー法が主に用いられている．ゲルとは，液体を大量に含んだ

ザーのターゲットとして応用されている．

擬固体状態であるが，これから液体を体積収縮させずに取エアロゲルはナノサイズの空孔を有するが，そのサイズ

り除くと気体を大量に含んだ擬固体となる．これをエアロが小さければ小さいほど表面平滑性も高めることができゲルと呼ぶ．一般にはシリカエアロゲルが知られるが，有る．空隙サイズ制御法に関する研究は，主にテンプレート

機高分子のエアロゲルも開発が進められている．

を用いた方法に限られてきた．ナノテンプレートの存在
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Commentary

Current Status of Laser Fusion by Fast Ignition- Target for FIREX and PW Laser LFEX-

T. Norimatsu et al.

線を発生させる．このため，レーザー照射下流側にでそのX 線が吸収され，もう一つのアブレーション面が準定常的に生じる．その二段アブレーションのために，レイリーテ
イラー不安定性が抑制される．とりわけ，衝撃点火方式のインパクターではその有用性が唱えられている．この臭素
ドープとともに高精度なターゲット製作を行うことは技術的にさほど困難ではないが，研究段階での製作はきわめて高価となるため，その低コスト化が図られている［１７］．

３．燃料充填と可視化技術
米国などでは中心点火方式による点火燃焼実験に向けて固体水素（同位体）ターゲットの開発が最終段階になって
図２

RF-PF エアロゲルカプセル燃料シェルを有する FIREX-I 用
ターゲット．

いる［１８，
１９］．一方，日本などで実証を行っている高速点火方式では中心点火方式とは異なるターゲット構成となっており，独自の開発を行うとともに将来の核融合炉をも視野

は，エマルジョンの安定性に悪影響を与える場合が多く，に入れた将来的には大量生産可能な燃料充填技術の開発を

ナノ微粒子テンプレートでは中実球はできるが中空球は未行っている．典型的なターゲットの例は図１に示されていだ得られていない［１２］．PMP フォームは，空隙制御に関るが，現在提案しているこのフォームシェルターゲットはして，前駆体オリゴマーの側鎖と溶媒の親和性が大きく関燃料を吸収・支持するフォームシェル，そのシェルに燃料わることを示しているが，根本らはさらに，ポリスチレンを直接注入するための燃料導入管，加熱用レーザーを導入

側鎖に開環反応性の架橋基を割合を変えて合成，導入し，するためのコーンガイドから構成されている．このフォー

そのナノ空孔サイズ制御性に関して 系 統 的 に 研 究したム層に形成された燃料層は高い真球度と数ミクロン以下の［１３］．その結果によれば，架橋密度が高く，ゲル化が素早

凹凸で仕上げることが要求されるが，現状では高速点火方

く起こるほど空孔サイズが小さくなり，その逆に架橋密度式用のターゲットでは中心点火方式のそれと比較して，低が低かったり，ゲル化が遅い場合には空孔サイズが大きく精度でも許容されると考えられている．この手法はフォーなることが明らかとなった．架橋反応を起こさない側鎖にム法と呼ばれ多孔質低密度フォーム材の特性を最大限に利ついては，溶媒との親和性が高いと，空孔サイズを大きく用した燃料層形成手法であり，燃料注入時には毛細管現象してしまう．前述した PF はベンゼンのすべての炭素が水により液体状の燃料を必要な仕様に合わせて製作された

素結合能を有する‐OH 基と‐COOH 基で占められており，フォーム材に均一に吸収させ，その後，その液体状燃料をきわめて側鎖の架橋基密度が高い．これを RF と混合せず固化する．原理的にはこの状態で必要な仕様を満たした中に単独で用いてゲル化，さらにエアロゲル化させると，そ

空球殻状の固体燃料層を形成することができる．このようの空孔は 50 nm にまで小さくなる［１４］．この現象も，上ににフォーム法は燃料層の自己形成能力を持つため，個々の述べたメカニズムと矛盾なく説明することが可能である．

ターゲットに対して温度制御などが必要な体積加熱を利用

架橋基密度は高イオンの配位結合によっても導入することした手法と比較すると大量生産に適した手法であると考えができるが，これによっても空孔サイズを数十 nm に制御られる．この原理を利用したターゲットは１９８０年代に米国できる．この場合はさらに，密度も低く抑えることが可能の研究者により提案され現在も研究が続けられているが，である［１５］．

後述の課題を解決するには至っていない［２０‐２２］．そのた

ペタワットレーザー導入コーンはレーザー光を高速電子

め米国等ではフォームシェルを用いない体積加熱法：ベー又は高速イオンに変換する．高い原子番号の金などが高い

タ線加熱法［２３］や赤外線加熱法［２４］（燃料であるトリチウ

変換効率を与える．高エネルギー粒子が高密度圧縮された

ムから発生する β 線や外部からの赤外線によって燃料層体

主燃料を加熱する．低密度材料は，レーザーの吸収効率が

積加熱を行い，燃料層内に温度差を発生させ，その温度差高くなるため，これをペタワットレーザー導入コーンに応に従い燃料を再配分させることで理想的な燃料層を形成す

用すると，レーザーから高速電子の変換効率が増加する．

る手法）も同時に開発を行い，既にそれらの手法による

内面に低密度の金（Au）を被覆する場合は，ナノ粒子テン

ターゲットの製造に成功している．

プレートと電気化学的メッキ法を併用されている．この方フォーム法の利点については既に述べたとおりである

法では主に密度がバルク比 20 ％で単分散に制御された空が，フォーム法によるターゲット実現のためにはいくつか孔とともに得られる．厚みの制御は電気化学メッキのクーの課題がある．まず一つは，フォームシェル自体を高精度

ロン数の制御によって行うことができる［１６］．最近この低で作成することが必要である．また，そのシェルは内部に密度層の元素組成，厚み，密度に関する再設計がなされて保有している燃料層の検査が可能な性質をもたなければな

いるが，低 Z の低密度層は前述のプラスチックエアロゲル

らない．このフォームシェル開発については前章においての被覆によって行うことができる．

すでに述べられている．次にフォーム材の構造に起因する課題が存在する．フォーム材は隣り合ったサブミクロン

臭素（Br）ドープアブレータはレーザー照射により X
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Journal of Plasma and Fusion Research Vol.85, No.11 November 2009

オーダの空間が小さな流路を介して繋がっている空間の集はできない．レーザーによる燃料層の高密度圧縮およびそ合体である．液体状の燃料をそのフォーム材にしみ込ませの後の点火燃焼を実現するためには，フォーム材内に気泡た後に固化させた場合，それぞれの空間毎またはいくつかが残存するか？残存する場合はその寸法について評価し，の空間の集合内で個別に固化が完結する可能性がある．こ

燃料圧縮への影響について評価することが必要である．極の場合，液体と固体の密度差による体積減少からフォーム

低温に冷却されているターゲット内部は離れた場所からの材内に飽和蒸気圧の気泡が残存することになる．これまで

み観察が可能であり，顕微鏡などによる直接観測は不可能の研究ではフォーム材料内に気泡が残存していないというである．そこで，液体から固体へ相変化する時の密度差を実験結果はない．フォーム法を使用した燃料層形成を実現利用した干渉計測により，ある範囲の情報を平均化して固するためにはこれらの課題について検討する必要がある．

体層内に存在する気泡の有無の評価を試みている．気泡がフォームターゲットに対する燃料の充填やその状態の検存在しない場合は完全な固体の密度になるため，液体から査に関する研究開発は大阪大学レーザーエネルギー学研究

固体へと相転移したときに固相部分の干渉パターンの変化

センター（ILE）と核融合科学研究所（NIFS）の双方向型を観測することができるはずである．

共同研究により進められている．燃料の充填については，

以上のように米国などで開発が行われている中心点火用

NIFS においてターゲット冷却試験装置を製作し，フォー

ターゲットとは異なる仕様を持つ高速点火用ターゲットを

ムシェルターゲットへの燃料充填試験を行っている．そのILEとNIFSの共同で開発している．仕様が異なるため米国

液体状燃料の充填試験の例を図３に示す．空のシェルとほなどで開発されたターゲット技術を利用することはでき

ぼ１００％充填のシェルについてはその差が非常にわかり難ず，独自のアイデアにより開発が進行している．現状，残いが，さらに液体状の燃料を充填するとシェル内にメニスされた課題は多いが，ターゲット製造に関して冷却試験にカスを観測することができる．実験でも確認できたように

よる実証段階までたどり着くことができた．また，本稿で毛細管現象を利用した場合，燃料はフォーム材内へほぼ均は述べなかったがフォームシェル法以外の燃料充填手法の一に吸収され，直接観測では１００％充填を超えるまで充填検討も同時に行っており，固体水素ターゲットを使用した量の評価は困難である．そこで，干渉計測により燃料の充実験が開始される予定の数年以内には何れかの手法により填率に従った屈折率の変化を測定することで，フォーム内

ターゲットの供給が可能になるよう研究を行っている．

部の燃料充填量を評価する手法の開発を行っている．図３

４．LFEX レーザーの基本仕様とシステム概要の液体状燃料充填状態に対応する干渉パターンを図４に示す．これらの干渉パターンを解析した結果，フォームシェ

加熱レーザーとしては出力 10 kJ/10 ps の LFEX（Laser

ルターゲットを使用したこれまでの実験では１００％充填を

for Fast Ignition Experiment）［２５］が完成し，現在パルス圧

１０％程度の誤差範囲で評価が可能であった．実用ターゲッ

縮装置の組み立てが進められている．合わせて爆縮／加熱

トでは数％程度の誤差で充填量評価が可能な手法が必要で実験が順次出力エネルギーを高め，２０１０年までに標記目標あるが，光源の波長を最適化した干渉計測やフォームと燃を達成しようとしている．LFEX はピコ秒パルスを回折格

料の複合状態での屈折率など評価に必要な物性値の精度向子でナノ秒まで引き延ばし，広帯域増幅器で 10 kJ にまで

上により充填率評価の精度を向上させることが可能である

増幅した後，大型の回折格子で再びピコ秒にまで圧縮すと考えている．

る．パルス圧縮器は 40 cm×90 cm の大型回折格子８枚でさて，これまで述べてきた評価では液体状の燃料の状態構成され，これらがあたかも一つの巨大な回折格子であるを平均的に把握できたが，先に述べたようなフォーム材をかのように制御する特殊な技術が導入されている．本レー

構成している微小空間内の固体燃料の状態を評価すること

ザーの開発には，従来にない 10 kJ 級の大パルスエネル
ギーで PW ピーク出力を有する大エネルギー超短パルスレーザーの開発を世界に先駆けて挑戦するとともに，第２期計画につながる高効率・コンパクトな増幅技術も重要な開発要素となっている．
LFEX レーザーの基本仕様は以下のとおりである．

図３

液体状燃料の充填試験例．

①パルスエネルギー〜10 kJ②パルス幅〜10 ps③パルス立ち上がり時間＜2 ps④集光スポット直径〜30μm

パルス幅〜10 ps の高エネルギーパルスの増幅では光学系の損傷が大きな課題であるため，数ナノ秒程度のパルス
幅に時間的に伸長して増幅するチャープパルス増幅（CPA）法を用いる．システム構成はフロントエンド，前置
増幅器，４−パス主増幅器，ファラデー回転子，パルス圧縮器からなる．
図４

充填例に対応した干渉計測結果．

【フロントエンド】フロントエンドはフェムト秒発振器，回７５８

Commentary

Current Status of Laser Fusion by Fast Ignition- Target for FIREX and PW Laser LFEX-

T. Norimatsu et al.

折格子対を用いたパルス伸長器，光パラメトリックチャー

幅部にはいくつかのカギとなる技術的試みが盛り込まれてプパルス増幅（OPCPA）器からなる．１
０７〜１０８におよぶ高いる．１つは，４パス構成であり，光軸に対して横方向の利得増幅時のパルスコントラスト比を改善するため再生増集光分離と光軸方向（縦方向）の集光分離を併用してピッ

幅器の代わりに３段のOPCPAを行い，＞40 mJのパルスエ

プアップ鏡のレーザー損傷を防いでいる．また，２つの可ネルギーが得られる．パルス圧縮後に＜2 ps の立ち上がり

変形鏡による増幅器中での波面歪の補正は大口径の高エネ

時間を実現するためにフロントエンドでは 6 nm 程度のス

ルギーパルスレーザーでは不可欠な技術である．図６に増ペクトル幅を得る．

幅レーザー光の波面歪補正の様子を示す．前置増幅器直後【前置増幅器】前置増幅器では直列につないだ２台のロッドの可変形鏡は主増幅器の共役面に配置されており，M２付

ガラス増幅器（!50 mm）
を用いた４−パス増幅により 10 J

近の共役面に配置した波面センサとリアルタイムで連動し程度にパルスエネルギーを増大し，その後，ビームを４つ

前置増幅器と主増幅の１パスおよび２パス光路での波面歪に分割する．各ビームはさらに２台のロッドガラス増幅器

みを補正する．同様に，可変形鏡 M２はファラデー回転子のによりそれぞれ増幅され，４−パス主増幅器へ送られる．

後方に置かれた波面センサと連動し，ポッケルスセルス【主増幅器】主増幅器の目標出力は 4 kJ／ビーム，出力スペイッチと主増幅の３パスおよび４パス光路での波面歪みを

クトル幅 3 nm である．ビーム口径は最大 35 cm×35 cm

補正する．

であり，レーザー媒質として 46 cm×81 cm×4 cm のガラ【パルス圧縮器】LFEX のパルス圧縮器（リアエンド）・集

ススラブ（LHG）を１ビームあたり８枚直列で使用してい光装置の全体図を図７（a）に示す．フロントエンドからのる．励起効率向上のため４ビームを 2×2 のアレイ構造とし

37 cm×37 cm×4 本の 2×2アレイ状ビームを縦４段に再構

３列のフラッシュランプ列で励起する．取り出し効率向上

築し，図７（b）のダイヤモンド型パルス圧縮器に入射する．

のために４パス増幅を行う．また，レーザーガラスの冷却

グレーティングへの入射角が７２°で波長分散による広がり

時間短縮のためにガラス表面に窒素ガスを吹きつけながらも加わるた め，42 cm×92 cm の 大 型 回 折 格 子（1740 g/

上下運動するワイパー冷却方式を採用した．チャープパル

mm）を２枚用いた組み合わせ回折格子（図８）を用いていスの出力パルス幅は B 積分値の抑制とパルス圧縮器の小型る．阪大と岡本光学，PGL 社の共同開発による回折格子は化の観点から 2.25 ns と設計している．１ビームの４パス増

改良が進み，回折効率が最大で 98 ％に達している．組み合幅の光路を図５に示す．ロッドガラスによる前置増幅のわせ回折格子間の面内回転誤差はポインティングずれに影

後，バイモルフ型可変形鏡で反射して主増幅器のスペー響するため，ピエゾ素子による駆動を新たに導入した．本シャルフィルタの焦点近傍付近に入射する．レンズ L１でコ

装置は組み合わせ回折格子を両側から使う像反転型である

リメートされたビームはガラススラブ群で増幅（１パス）ため，素子やアライメントに起因する様々な誤差が自動的され，反射鏡 M１で折り返されて再度，ガラススラブ群で増にキャンセルされる［２６］．パルス圧縮されたビームは 2×

幅（２パス）される．ピックアップ鏡でスペーシャルフィ

2 アレイ状に再構築され，OAP（軸外し放物面鏡，89 cm

ルタ外部に取り出され，別のバイモルフ型可変形鏡 M２で×104 cm，F/〜5）で集光する．２００８年２月 に First light

折り返されス ペ ー シ ャ ル フ ィ ル タ 内 に 戻 し 同 様に３パを得たのち，２００９年６月からGXIIとLFEXを用いた高速点

ス，４パス増幅を行う．４パス後のビームはレンズ L２で並火実験を行っているが，LFEX 全体のパルス圧縮性能とし行光にしてファラデー回転子と薄膜偏光子でできた光アイて 6 ps 前後のパルス幅が安定的に得られている．

ソレータと全反射鏡を組み合わせてターゲットチャンバ室

５．まとめに送られる．ターゲットチャンバー室に設置されたパルス
圧縮器によってピコ秒パルスに時間圧縮される．この主増

図５ターゲット開発では密度 10 mg/cc の均一性の良い透明な

４パス主増幅器の構成（１ビーム）．

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Journal of Plasma and Fusion Research Vol.85, No.11 November 2009

図６

可変鏡による波面補正．

図７ （a）LFEX のパルス圧縮器・集光装置の構成．（b）
パルス圧縮器のレイアウト．G：グレーティング，M：ミラー，SM：ステアミラー，
OAP：軸外し放物面鏡ミラー，S：センサ．

誌のspecial issueが２００９年に発刊されたところである［２７］．
レーザーに関しては，高速点火核融合実証実験計画
FIREXの第１期として燃料の5〜10 keVへの高効率加熱を実証するため，LFEX レーザーを建設した．10kJ，10ps，
1PW の高エネルギーと超短パルス，高ピーク強度を同時に実現する初のレーザー実現のために，高コントラスト広帯
域前置増幅器として３段の OPCPA，また，主増幅器にお図８

ける３次元集光分離型の大型スペーシャルフィルタや２台組み合わせ回折格子．

の波面補正用可変形鏡，大型ファラデー回転子，さらに，圧縮器におけるダイヤモンド型圧縮法や組み合わせ回折格

フォームを開発するのが理想であるが，技術的にはかなり厳子，誘電体多層膜大型回折格子など最先端技術を世界に先しい条件である．妥協策として，FIREX-I では密度 100 mg/cc

駆けて導入した．２００９年からは GXII との同時ショットにで透明なフォームを用い，燃料充填技術を確立したうえ

よる高速点火実験を開始し，徐々に本格的な運用を開始しで，点火燃焼をめざす FIREX-II では密度 10 mg/cc で不透ていく予定である．

明なフォームを選択するのが適切と思われる．この選択であれば現在の技術の延長上にゴールを見いだすことができ

本研究の一部は，科研費基盤研究（B）（１９３６０４１４）およびる．なお，ターゲット材料一般に関しては，プラズマ・核

阪大レーザー研−核融合科学研究所共同研究（NIFS09

融合学会から出版されている Plasma and Fusion Research

KUGK０３１）の補助を受けて行われたものである．
７６０

Commentary

Current Status of Laser Fusion by Fast Ignition- Target for FIREX and PW Laser LFEX-［１８］A.L. Jeffrey, J. Phys. Conf. Ser. 112, 032063 (2008).
［１９］J.D. Moody, B.J. Kozioziemski, E.R. Mapoles, J.D. Sater,
E.L. Dewald, J.A. Koch et al., J. Phys. Conf. Ser. 112, 032064(2008).
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2003, American Nuclear Society (2004) pp. 507.
［２６］M.C. Rushford, J.A. Britten, C.P.J. Barty, T. Jitsuno, K.
Kondo, N. Miyanaga, K.A. Tanaka and G. Xu, Opt. Lett.

参考文献［１］E. Moses, Fusion Sci. Technol. 54, 361 (2008).
［２］Y. Kitagawa et al., IEEE J. Quant. Electron. 40, 281 (2004).
［３］R. Kodama et al., Nature 418, 933 (2002).
［４］K. Nagai et al., Nucl. Fusion 45, 1277 (2005).
［５］S.M. Lambert et al., J. Appl. Polym. Sci. 65, 2111 (1997).
［６］T. Norimatsu et al., J. Moscow. Phys. Soc. 8, 71 (1998), K.
Nagai et al., J. Polym. Sci. A Polym. Chem. 38, 3412 (2000).
［７］F. Ito et al., Macromol. Chem. Phys. 206, 2171 (2005).
［８］F. Ito et al., Fusion Sci. Technol. 55, 465 (2009)［９］F. Ito et al., Fusion Sci. Technol. 49, 663 (2006).
［１０］F. Ito et al., Jpn. J. Appl. Phys. Part 2. 45, L335 (2006).
［１１］K. Nagai et al., Jpn. J. Appl. Phys. Part 2. 41, L431 (2002),
K. Nagai et al., Fusion Sci. Technol. 45, 79 (2004).
［１２］X. Zhao et al., Angew. Chem. Internl. Ed. 45, (2006).
［１３］N. Nemoto et al., Fusion Sci. Technol. 49, 695 (2006), K.
Yamanaka, Fusion Sci. Technol. 51, 665 (2007).
［１４］H. Yang et al., Laser Particle Beam 26, 449 (2008).
０１(2009).
［１５］F. Ito et al., Plasma Fusion Res. 4, S１［１６］K. Nagai et al., Fusion Sci. Technol. 49, 686 (2006).
［１７］K. Nagai et al., Nucl. Fusion 49,０９５０２８(2009).

乗 松 孝 好大阪大学レーザーエネルギー学研究セン
ターレーザー核融合学研究部門教授．１
９
５
２
年生．１
９
７
５年度大阪大学工学部電気工学科を卒業．同大学大学院に進学し，１９７９年に後期課程を中退して大阪大学レーザー核融合研究センターの助手に着任．レーザー核融合実験用の各種のターゲットの開発に従事する．１
９
８
３年工学博士の学位取得．現在の研究範囲
はターゲットの他にレーザー核融合炉工学，レーザーの各種応用研究にも従事している．

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
いわ

もと

あき

ふみ

岩 本 晃 史核融合科学研究所．主な研究分野：低温工学．国内の学会に参加しても私の発表に関心を持つ人は皆無です．研究内容が特殊だからなのか，つまらないのか，どちらなのだろうと考えさせられます．

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

!!!!!!!!!!!!!

なか

た

よし

き

中 田 芳 樹大阪大学レーザーエネルギー学研究セン
ター・准教授．１
９９
６年九州大学大学院システム情報科学研究科博士後期課程修了，工学博士．同年に同助手．２
００
６年大阪大 学!!!!!!!!!!!!!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!

!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!

よし

なが

い

けい

じ

長 井 圭 治２
０
０
９年より東京工業大学資源化学研究所准教授 最近，朝礼の代わりに学生と光化学の教科書（N. J. Turro，Principles of Molecular Photochemistry）を読み始めました．図
を一つ説明させるだけですが，学生も楽しんでいるようです．

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
かわ

なか

じゅん

じ

河 仲 準 二大阪大学レーザーエネルギー学研究セン
ター．１
９９
３年電気通信大学大学院博士後期課程修了．レーザー冷却および極低温原子間 衝 突 の 研 究 に て 学 位 取 得．博 士（理
学）
．１
９
９
４年宮崎大学工学部助手．希ガスエキシマによる真空紫外光源の開発および真空紫外光による超微細加工の研究
に従事．１
９
９
９年日本原子力研究所（現日本原子力研究開発機
構）光量子科学研究センター研究員．Yb 系固体レーザーの研究，特に低温冷却による物性値変化に着目した超短パルス・
高出力レーザーの研究を行う．同研究所副主任研究員を経て，２００４年大阪大学レーザーエネルギー学研究センター助教
授．低温冷却型核融合炉用ドライバーの研究を始める．２
００７
年より同准教授．現在は超短パルスパワーフォトニクスとこれを用いた応用研究に興味を持つ．

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

たか!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

まつ33 1902 (2008).
［２７］Plasma Fusion Res. 4, Special Issue 1 (2009) http://www.
jspf.or.jp/PFR/PFR̲articles/pfr2009s1.html!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

のり!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!

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T. Norimatsu et al.

レーザーエネルギー学研究センター准教授，現在に至る．
LFEX 建設作業（パルス圧縮部）に従事．趣味は旅．

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