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Direct fast heating efficiency of a counter-imploded core plasma employing a laser for fast ignition experiments (LFEX)

Yoneyoshi Kitagawa, Yoshitaka Mori, Katsuhiro Ishii, Ryohei Hanayama, Shinichiro Okihara, Yasunobu Arikawa, Yuki Abe, Eisuke Miura, Tetsuo Ozaki, Osamu Komeda2022年被引用 2Nuclear FusionIF 3出版社

Fast heating efficiency when a pre-imploded core is directly heated with an ultraintense laser (heating laser) was investigated. 'Direct heating' means that a heating laser hits a pre-imploded core without applying either a laser guiding cone or an external field. The efficiency, η, is defined as the increase in the internal core energy divided by the energy of the heating laser. Six beams (output of 1.6 kJ) from the GEKKO XII (GXII) green laser system at the Institute of Laser Engineering (ILE), Osaka University were applied to implode a spherical deuterated polystyrene (CD) shell target to form a dense core. The DD-reacted protons and the core x-ray emissions showed a core density of 2.8 ± 0.7 g cm−3, or 2.6 times the solid density. Furthermore, DD-reacted thermal neutrons were utilized to estimate the core temperature between 600 and 750 eV. Thereafter, the core was directly heated by a laser for fast-ignition experiments (LFEX, an extremely energetic ultrashort pulse laser) at ILE with its axis lying along or perpendicular to the GXII bundle axis, respectively. The former and latter laser configurations were termed 'axial' and 'transverse modes', respectively. The η was estimated from three independent methods: (1) the core x-ray emission, (2) the thermal neutron yield, and (3) the runaway hot electron spectra. For the axial mode, 0.8% 2.1% at low power (low LFEX energy) and 0.4% 2.5% at high power (high LFEX energy). For the transverse mode, 2.6% 7% at low power and 1.5% 7.7% at high power. Their efficiencies were compared with that in the uniform implosion mode using 12 GXII beams, 6% 12%, which appeared near to the η for the transverse mode, except that the error bar is very large.

日本語訳

事前爆縮されたコアを超高強度レーザー(加熱レーザー)で直接加熱した際の高速加熱効率を調査した。「直接加熱」とは、加熱レーザーが、レーザーガイドコーンまたは外部場のいずれも用いずに、事前爆縮されたコアに照射することを意味する。効率ηは、コア内部エネルギーの増加を加熱レーザーのエネルギーで割ったものとして定義される。大阪大学レーザー工学研究所(ILE)のGEKKO XII(GXII)グリーンレーザーシステムからの6ビーム(出力1.6 kJ)を、球状の重水素化ポリスチレン(CD)シェルターゲットを爆縮して高密度コアを形成するために用いた。DD反応陽子とコアX線放射は、コア密度が2.8 ± 0.7 g cm−3、すなわち固体密度の2.6倍であることを示した。さらに、DD反応熱中性子を利用して、コア温度を600~750 eVと推定した。その後、コアは、ILEの高速点火実験用レーザー(LFEX、極めて高エネルギーの超短パルスレーザー)によって直接加熱された。そのレーザー軸は、それぞれGXIIバンドル軸に沿うか、または垂直であった。前者と後者のレーザー配置は、それぞれ「軸方向モード」および「横方向モード」と呼ばれた。ηは、3つの独立した方法、(1) コアX線放射、(2) 熱中性子収量、(3) 逃走高温電子スペクトル、から推定された。軸方向モードでは、低出力(低LFEXエネルギー)で0.8%~2.1%、高出力(高LFEXエネルギー)で0.4%~2.5%であった。横方向モードでは、低出力で2.6%~7%、高出力で1.5%~7.7%であった。これらの効率は、12本のGXIIビームを用いた一様爆縮モードでの効率(6%~12%)と比較された。この値は、誤差範囲が非常に大きいことを除けば、横方向モードのηに近いように見えた。

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