The National Ignition Facility (NIF), the world's largest and most powerful laser system for inertial confinement fusion (ICF) and experiments studying high-energy-density (HED) science, is nearing completion at Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). NIF, a 192-beam Nd-glass laser facility, will produce 1.8 MJ, 500 TW of light at the third-harmonic, ultraviolet light of 351 nm. The NIF project is scheduled for completion in March 2009. Currently, all 192 beams have been operationally qualified and have produced over 4.0 MJ of light at the fundamental wavelength of 1053 nm, making NIF the world's first megajoule laser. The principal goal of NIF is to achieve ignition of a deuterium–tritium (DT) fuel capsule and provide access to HED physics regimes needed for experiments related to national security, fusion energy and for broader scientific applications.The plan is to begin 96-beam symmetric indirect-drive ICF experiments early in FY2009. These first experiments represent the next phase of the National Ignition Campaign (NIC). This national effort to achieve fusion ignition is coordinated through a detailed plan that includes the science, technology and equipment such as diagnostics, cryogenic target manipulator and user optics required for ignition experiments. Participants in this effort include LLNL, General Atomics, Los Alamos National Laboratory, Sandia National Laboratory and the University of Rochester Laboratory for Energetics (LLE). The primary goal for NIC is to have all of the equipment operational and integrated into the facility soon after project completion and to conduct a credible ignition campaign in 2010. When the NIF is complete, the long-sought goal of achieving self-sustaining nuclear fusion and energy gain in the laboratory will be much closer to realization.Successful demonstration of ignition and net energy gain on NIF will be a major step towards demonstrating the feasibility of inertial fusion energy (IFE) and will likely focus the world's attention on the possibility of an ICF energy option. NIF experiments to demonstrate ignition and gain will use central-hot-spot (CHS) ignition, where a spherical fuel capsule is simultaneously compressed and ignited. The scientific basis for CHS has been intensively developed (Lindl 1998 Inertial Confinement Fusion: the Quest for Ignition and Energy Gain Using Indirect Drive (New York: American Institute of Physics)) and has a high probability of success. Achieving ignition with CHS will open the door for other advanced concepts, such as the use of high-yield pulses of visible wavelength rather than ultraviolet and fast ignition concepts (Tabak et al 1994 Phys. Plasmas1 1626–34, Tabak et al 2005 Phys. Plasmas12 057305). Moreover, NIF will have important scientific applications in such diverse fields as astrophysics, nuclear physics and materials science.This paper summarizes the design, performance and status of NIF, experimental plans for NIC, and will present laser inertial confinement fusion–fission energy (LIFE) as a path to achieve carbon-free sustainable energy.
国立点火施設（NIF）は、慣性核融合（ICF）および高エネルギー密度（HED）科学を研究する実験のための世界最大かつ最も強力なレーザーシステムであり、ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）で完成間近である。NIFは、192ビームのNdガラスレーザー施設であり、第3高調波である紫外光351 nmにおいて1.8 MJ、500 TWの光を生成する。NIFプロジェクトは2009年に完成予定である。現在、全192ビームが動作認定を受けており、基本波長1053 nmにおいて4.0 MJを超える光を生成し、NIFは世界初のメガジュールレーザーとなった。NIFの主たる目標は、重水素–三重水素（DT）燃料カプセルの点火を達成し、国家安全保障、核融合エネルギー、およびより広範な科学応用に関連する実験に必要なHED物理領域へのアクセスを提供することである。計画では、2009年度初頭に96ビーム対称の間接駆動ICF実験を開始する予定である。これらの最初の実験は、国家点火キャンペーン（NIC）の次の段階を表すものである。核融合点火を達成するためのこの国家的取り組みは、点火実験に必要な診断装置、低温ターゲット操作装置、ユーザー用光学系などの科学、技術、機器を含む詳細な計画を通じて調整されている。この取り組みの参加者には、LLNL、ジェネラル・アトミクス、ロスアラモス国立研究所、サンディア国立研究所、ロチェスター大学レーザーエネルギー研究所（LLE）が含まれる。NICの主たる目標は、プロジェクト完了直後に全機器を稼働させて施設に統合し、2010年に信頼性の高い点火キャンペーンを実施することである。NIFが完成すれば、自己維持型核融合とエネルギー利得を達成するという長年の目標の実現がはるかに近づく。NIFにおける点火と利得の実証的成功は、慣性核融合エネルギー（IFE）の実現可能性を示す大きな一歩となり、ICFエネルギー選択肢の可能性に世界の注目を集めるであろう。NIFの点火と利得を実証する実験では、中心ホットスポット（CHS）点火方式を用いる。これは、球形燃料カプセルを同時に圧縮・点火する方式である。CHSの科学的基盤は集中的に開発されており（Lindl 1998 Inertial Confinement Fusion: the Quest for Ignition and Energy Gain Using Indirect Drive（ニューヨーク：アメリカ物理学会））、成功の可能性は高い。CHSによる点火の達成は、可視波長の高利得パルスや高速点火概念（Tabak et al 1994 Phys. Plasmas 1 1626–34、Tabak et al 2005 Phys. Plasmas 12 057305）など、他の先進的概念への道を開くであろう。さらに、NIFは天体物理学、核物理学、材料科学など多様な分野において重要な科学応用を持つであろう。本論文は、NIFの設計、性能、現状、NICの実験計画を要約し、炭素フリーの持続可能なエネルギーを達成するための経路として、レーザー慣性核融合–核分裂エネルギー（LIFE）を提示するものである。