S6-5
慣性核融合プラズマ計測	 
The plasma diagnostics in inertial confinement fusion
有川安信
Yasunobu Arikawa
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
Institute of Laser Engineering, Osaka University	  慣性核融合に限らず、すべての核融合プラズ
マ実験ではプラズマ状態を診断し、温度、密度が目標に達しているか、またシミュレーション予測と比較し、設計どおりの状態が実現しているかなどを評価する事が重要である。慣性核融合、特にレーザー核融合におけるプラズマは、サイズが小さく（10μmから1mm）、持続時間が短く（10psから１ns）、密度が高いため（固体密度の1000倍）不透明であるという特徴を持
ち、この三重苦から慣性核融合におけるプラズマ診断はどれも困難な課題を克服して来た技術ばかりである。またレーザー核融合では強いレーザー散乱光や、電磁パルス、X線による計測ノイズが発生するため、それらを避けるための対策もなされている。特に高速点火レーザー
核融合では、超短パルスレーザーを用いるため、加熱の瞬間に発生する強いX線や電磁ノイズがおおよそ全てのプラズマ計測を阻害する。それゆえ高速点火レーザー核融合実験用に開発されたプラズマ計測器は特別な対策が講じられている。	  本講演ではレーザー核融合実験におけるプラズマ計測のオーバービュー（表1に一覧を記載）を行なうとともに、比較的新しいプラズマ診断技術のトレンドを紹介する。
X線 計 測 の ト レ ン ド	  従来より、X線の自発光計測によってプラズマの形状や、電子の輸送を計測することは行なわれて来た。X線のブラッグ反射によって非常に細い線幅のX線のみを結像する事によって優れた分解能を実現する計測が汎用化され、応用例が増えている。例えば銅からのkα線に最適化されたブラッグ反射結晶で、湾曲トロイダルに変形させたものが広く使われている。ターゲットにはあらかじめ銅のレイヤーを挿入するか、銅が均一に混ぜられた有機材料や銅のフォーム材料がターゲットとして用いられる。ターゲットを挟んで向かい合う2方向から計測器をセットアップし、片方には湾曲ブラッグ結晶、もう一方には遮蔽用コリメーターとイメージングプレートが装備されている。	  銅のkα線は固体状態の銅の中を高速電子が走った際に放出されるから、高速点火核融合における電子ビームの輸送計測に用いられる事が多い。	  計測器として用いられるのはイメージングプレートが主流であり、電磁ノイズにも強く、絶対値キャリブレートがなされているから、電子の絶対量を導出する事も出来る。

図 1	  銅 kα線単色イメージングによる画像撮影。円筒上のターゲットの内側にレーザーを当て電子が円筒沿いに走った事を示す。

中性子計測のトレンド
従来のプラスチックシンチレーターは蛍光寿命が長いため、より応答の速い液体性シンチレーターやビフェニルと呼ばれる有機結晶性シンチレーターが用いられるようになった。X線に感度が無い中性子TOF計測は未だ実現しておらず、時間分解でX線と中性子を弁別する方法が取られている。高速点火レーザー核融合の場
合は、X線信号が中性子信号に比べて1000倍〜100,000倍も強くなるから、X線信号によって光電子増倍管やオシロスコープを破損させないよう、ゲート機能がついた光電子増倍管が用いられる。300J程度の加熱レーザー実験ならばそれだけで対処可能であるが、kJを超えてくるとX線のエネルギースペクトルが高くなり、ターゲットチャンバーなど実験構造物から光核反応で中性子を発生させ、これが観測対象の核融合中性子よりも遥かに大きくなる。	  円筒状のコリメーターを設置し、コンクリー
ト壁に小さな穴をあけて中性子コリメーターにして、壁の外で計測する事が主流に成っている。従来からの中性子スペクトル拡がりによるイオン温度計測に加えて中性子計測分解能が向上し、散乱中性子が計測可能になったことで、爆縮コアの燃料ρRも中性子計測から求められ

図 2	  中性子計測器の設置方法と、スペクトル計測の例（米国 OMEGA 装置）。床に穴がありコリメーターとなっている。
シンチレーション信号から散乱中性子が観測されている。

るようになった。	  超 短 パ ル ス レ ー ザ ー 光 を 用 い た 計 測 の ト
レンド	  加熱用レーザーを光源としてX線バックライ
トや、プロトンラジオグラフを行なう計測が盛んになっている。これらの手法は、線源が点源でパルス幅がレーザーのパルス幅程度（すなわちps程度）であるから、計測器を単純なイメージングプレートなどを用いるだけで、超高速で高解像度の画像を得る事が出来る。

図 3	  超短パルスレーザーを用いたフラッシュX 線バックライトによるコアプラズマ。チタンの kα線をブラッグ結晶で単色イメージングした、バックライト画像。コアプラズマや、ターゲットの形状、コイルターゲットがくっきりと見える。

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