デトネーション駆動ペレット入射装置の開発

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気体デトネーションを利用したペレット加速の検証を行うため、デトネション駆動ペレット入射装置を製作した。ペレットの加速性能は音速の大きい気体がよいので、デトネーション管に充填する気体は水素、酸素とヘリウムの混合気体を使用した。ペレットは個体水素が最終目標であるが、原理検証なのでテフロン製のペレットを使用した。核融合装置に使用するペレットの大きさはφ5程度で長さが10mm以下なので、デトネーション管の先端部を先細ノズルとし、内径をペレット径にそのまま合わせた。また、デトネーション管は重水素ペレット速度の目標を3km/s以上にした時、2000気圧以上の耐圧性が要求される。この場合、デトネーションが先端部で閉塞を起こす場合もあり、始めのパイプ内径とペレットの内径の比は加速性能を決めるパラメータの一つとなっている。この最適な値を衝撃波の計算プログラムを用いて決定した。予備実験では、ノズル先端部のペレットの位置に圧力センサーを付けてデトネーションで発生する圧力の時間変化を測定した。そして、この圧力変化の気体組成、初期圧力依存性を調べる予定であったが、圧力センサーが次々に故障した。この原因は未だ不明であるが、恐らくセンサーの耐熱衝撃性能の不足と思われた。そこで、個体水素を模擬したテフロン製ペレットを用いた加速試験に移った。ペレット速度と射出角はHe-Neレーザを用いた飛行時間法で測定するため、オシロスコープ、フォトダイオード、高圧電源と光学系を準備した。実験では、初期圧4気圧でテフロン製ペレットの速度が700m/sの結果が得られた。この値は、衝撃波のペレット速度の計算結果とよく一致する。この時の射出角はおよそ0.6度以内で、従来のペレット入射装置の1度以内より性能がよい。また、ナノパルス光用トリガー回路を作製し、飛行中のペレットの写真測定も実施した。結果は学会及び論文発表の予定である。