多次元輸送-流体結合計算による高速点火核融合のコア加熱〜核燃焼特性の解明

通过多维输运-流体耦合计算快速点火聚变的堆芯加热 - 阐明核燃烧特性

• 批准号: 17760666
• 负责人: 城崎 知至
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760666/
• 关键词: 高速点火; 高速電子; 相対論的Fokker-Planckコード; コア加熱; FIREX-I; 相対論的レーザープラズマ相互作用; 粒子コード; 高速イオン; Hybridコード; 核燃焼特性; 核燃焼波

相対論的Fokker-Planckコードと流体コードを結合した核燃焼コードFIBMETを用い、高速点火用コーン付シェルターゲットの爆縮コア加熱解析を行った。本年度は、(1)加熱レーザー照射面のプレプラズマが高速電子発生、ならびにコア加熱に及ぼす影響、(2)高速点火原理実証実験FIREX-Iを対象とした加熱特性評価、(3)Fokker-Planck+流体ベースのHybridコードを用いた加熱解析を行い、下記の知見を得た。(1)スケール長依存性:加熱レーザー照射面のプレプラズマのスケール長が短い場合(<<1μm)、レーザーから高速電子への結合効率が低く、コア加熱効率が低くなる。一方、長すぎる場合(>>1μm)は、結合効率は高いものの発生する電子のエネルギーが高すぎ、この場合も加熱効率は低い。10^<20>W/cm^2,1ps程度の加熱レーザーの場合、1mm程度のスケール長の場合がもっとも加熱効率が高いことが明らかとなった。また、より実際的な2重スケール長(レーザー臨界密度n_c以下では長スケール長、n_c以上では短スケール長)を仮定した場合、より加熱効率は高く、レーザーからコアへのエネルギー結合効率15%が得られた。(2)FIREX-Iでは10kJ/10psの加熱レーザーが用いられる。このような高エネルギー・長パルスでのコア加熱は、これまで行われてなく、シミュレーションにより加熱特性を評価した。コア加熱では、バルク電子が最初に加熱され、イオンは加熱された電子との温度緩和を通じて加熱される。このため、イオンを十分に加熱するためには、高圧縮が要求される。また、コアが飛散する前に加熱を行う必要があることが示された。DT燃料の場合、イオン温度を5keVまで加熱するには固体密度の1000倍以上の圧縮と、コアへのエネルギー付与2kJ以上、加熱時間10ps以下の加熱が要求されることを示した。(3)1次元Fokker-Planck+流体のHybridコードを開発し、爆縮コア周辺音Bでの静電場の影響を考慮した解析を行った。この結果、コア中を伝播して低密度周辺プラズマへと入射した高速電子の一部は、高速電子流によって形成される静電場によって反射され、再びコアへと入射する。この効果を考慮すると、コア加熱率が〜1.5倍向上し、よりコア温度が高くなることが示された。

Fokker-Planck fluid coupling for nuclear combustion FIBMET application, high-speed ignition fluid coupling for thermal analysis This year,(1) high-speed electron generation, heating effects and effects of heating on the irradiated surface,(2) high-speed ignition principle demonstration and evaluation of FIREX-I imaging and heating characteristics,(3)Fokker-Planck+ fluid Hybrid heating analysis, and the following observations were obtained. (1)Dependence on length of electron beam: the combination efficiency of high speed electron beam is low in short cases (<<1μm), and the heating efficiency is low in short cases. In the case of a square or long wall (>>1μm), the binding efficiency is high, the electron generation efficiency is high, and the heating efficiency is low. 10 <20>W/cm^2, 1 ps degree of heating, 1mm degree of heating, high efficiency The heating efficiency is high, and the bonding efficiency is 15% when the critical density n_c or less is long and n_c or more is short. (2)FIREX-I 10kJ/10ps The heating characteristics of the heat exchanger are evaluated. The temperature of the electron is reduced by heating. This is the first time that I've ever had a problem. It's necessary for you to go to the bathroom. For DT fuel, the temperature is 5keV, the solid density is more than 1000 times, the temperature is more than 2 kJ, and the heating time is less than 10ps. (3)1 The influence of electrostatic field on the development and explosion of hybrid Fokker-Planck+ fluid is considered. As a result, high density electrons are emitted from low density electrons and incident electrons, and high speed electrons are emitted from high density electrons and incident electrons. The heating rate is ~ 1.5 times higher than the heating rate. The temperature is higher than the heating rate.

项目成果

Two-dimensional relativistic Fokker-Planck model for core plasma heating in fast ignition targets

• DOI: 10.1063/1.2168147
• 发表时间: 2006-02
• 期刊: Physics of Plasmas
• 影响因子: 2.2
• 作者: T. Yokota;Y. Nakao;T. Johzaki;K. Mima

コーン付シェルターゲットの爆縮・加熱解析

锥体壳靶的内爆及加热分析

• 发表时间: 2006
• 期刊: プラズマ核融合学会誌 82
• 作者: T.Johzaki;et al.;城崎知至他
• 通讯作者: 城崎知至他

Integrated Simulations for Long Pulse Core Heating of Fast Ignition Targets

快点火目标长脉冲核心加热的集成仿真

• 发表时间: 2006
• 期刊: Annual Progress Report 2005, ILE, Osaka University
• 作者: T.Johzaki;et al.
• 通讯作者: et al.

Conceptual design of laser fusion reactor KOYO-fast-Target design and the fueling system

激光聚变反应堆KOYO-fast-Target设计和加料系统概念设计

• 发表时间: 2006
• 期刊: J. Phys. IV France Vol. 133
• 作者: T.Norimatsu;T.Johzaki;H.Azechi;K.Mima;Y.Nakao;H.Sakagami;H.Shiraga;R.Kodama;H.Nagatomo;T.Endo;A.Iwamoto;H.Yoshida;M.Nakai;Members of Reactor Design Committee
• 通讯作者: Members of Reactor Design Committee

Holistic Simulations for Fast Ignition with Cone-Guided Targets

锥形引导目标快速点火的整体模拟

• 发表时间: 2006
• 期刊: Europhysics conference abstracts 30I(CD-ROM)
• 作者: H.Sakagaini;et al.
• 通讯作者: et al.