レーザー核融合
レーザー核融合は燃料球の爆縮法により次のように分類される。
直接照射(直接駆動とも呼ばれる)では燃料球に直接レーザーが照射される。一方、間接照射(間接駆動やX線駆動とも呼ばれる)では燃料球をホーラム(hohlraum)と呼ばれる高Zで作られた外枠に入れ、そのホーラムの内側にレーザーを照射し、燃料球はホーラムから出るX線によって照射される。大阪大学やロチェスター大学では直接照射方式が、ローレンスリバモア国立研究所では間接照射方式が主に採用されている。
中心点火と高速点火の違いは、一度のレーザー照射による爆縮で点火に至るか否かによる。従来の中心点火方式では高い球対称爆縮が要求され、これがレーザー核融合開発の大きな障害となっていた。一方、一度爆縮された燃料球が慣性で静止している極めて短時間に(高速に)超高強度・超短パルスレーザーを照射することで、点火に至らしめることができることが比較的古くから考えられていた。これを高速点火方式と呼び、現在大阪大学レーザー科学研究所でこの方式の研究が進められている。
近年高速点火方式が可能となった背景には、CPA(Chirped Pulse Amplification、チャープパルス増幅)技術の発明により生み出された超高強度・超短パルスレーザーの出現がある。
超短パルスレーザーに高エネルギーを詰め込むことは従来不可能と言われてきたが、CPA技術により可能となった。10W を超えるレーザー装置が大阪大学などで現実のものとなっている。高速点火方式の利点は、従来の中心点火方式と比較して、より小さなレーザー装置でより大きな利得(投入したエネルギー量と反応で得られるエネルギー量の比)が期待できることである。
また、高速点火方式は、爆縮による点火を行わないためレイリー・テイラー不安定性を伴わず球対称性を確保する条件が緩和される。
このような大出力のレーザーの登場により、高強度場科学や高エネルギー高密度物理(High Energy Density Physics)、高エネルギーレーザー科学と呼ばれるような新たな分野が開拓されようとしている。前述の超高強度・超短パルスレーザーを集光することで、その光強度は10W/cm から 10W/cmにおよぶ。このような高強度場はかつてないものであり、超新星などで起こる現象を実験室において模擬することのできる実験室宇宙物理やレーザー加速器のような分野を創生している。
燃料球を照射する高エネルギーを作り出す装置。検討されているものはレーザー発生機が多い。 現在、消費されるエネルギーに対して作られるレーザーのエネルギーは1%にも満たない。少なくとも10-30%にしなければならない。レーザー発生機の寿命も課題である。現在は数百発程で中心部品を交換しなければならないが、実用段階では1億発程度は必要と考えられている。現在実験中のドープガラスレーザーやフラッシュレーザーではこれらの課題は越えられないと思われる。ダイオードレーザーやエキシマレーザーが検討されているが、慣性核融合方式としては、最有力はレーザーではなくイオン加速器である。エネルギー効率は40%を達成できる。
燃料球は2-3mmの球形の固体の重水素と三重水素で出来た中空体で、極低温に保たれている。もし実用発電炉が実現するなら、100万個/日ほどの量が消費される計算になる。この価格も1個あたり0.5ドルを超えては商業的に成り立たなくなる。500度Cになる炉の中に入れられた後でも反応までに1度以上の温度上昇もあってはならない。