Understanding of Plasma Detachment Phenomena in Laser Fusion Rockets

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本研究の目的は、従来の宇宙輸送システムを一新するゲームチェンジャーとなり得る「レーザー核融合ロケット」の実現に向けて、検証実験と数値解析の相違の要因を解明することである。構築してきた数値解析と検証実験では5倍ほど数値解析で得られる力積が多く、数値解析に考慮されていない物理が存在する。その候補の一つがデタッチメント、すなわちプラズマが磁力線から離脱するかどうかである。デタッチメントは、磁気モーメント保存の破れが原因ではないかと考えられるため、実験と数値解析の両面から、定量的な検証を行い、デタッチメントの背後にある物理の解明を目指している。2021年度に得られた成果として、磁気モーメント保存の破れを検証できるように、イオンも電子も粒子として取り扱う第一原理計算を実施した。計算コストの削減のため、3次元ではなく、2次元での計算を実施したところ、イオンのみならず、電子も磁力線から離脱していく事が確認できた。これは電子もデタッチするということを実証したきわめて重要な結果である。残念ながら出力データが膨大なため、デタッチの物理は未解明のままであるため、今後データ処理を進めていく。実験からのアプローチとして、電子の速度ベクトル計測と磁場の可視化が必要であるため、二つの計測システムの検討を行った。速度ベクトルに関しては、協同トムソン散乱計測を実施したが、電子項はプラズマからの発光が強すぎて計測できなかった。今後は自発光の影響を抑制できるような計測体系への変更や、別の計測手法の採用を検討していく。磁場の可視化に関して、イオンバックライト法から磁場の再構築を試みた。イオンとしては、ペタワットレーザーを照射して生成する数MeVのプロトンを用い、RCFでプロトンの空間分布を同定し、空間分布より磁場の再構築を試みた。再構築した磁場は他の計測と矛盾せず、磁場再構築法として採用できるめどが立った。