JP4989301B2 - Fusion fuel holding member and fusion fuel capsule - Google Patents
Fusion fuel holding member and fusion fuel capsule Download PDFInfo
- Publication number
- JP4989301B2 JP4989301B2 JP2007124853A JP2007124853A JP4989301B2 JP 4989301 B2 JP4989301 B2 JP 4989301B2 JP 2007124853 A JP2007124853 A JP 2007124853A JP 2007124853 A JP2007124853 A JP 2007124853A JP 4989301 B2 JP4989301 B2 JP 4989301B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fusion
- fuel
- fusion fuel
- introduction passage
- holding member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title claims description 158
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 116
- 239000002775 capsule Substances 0.000 title claims description 25
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 6
- 230000037237 body shape Effects 0.000 claims description 5
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 25
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 8
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 6
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000007500 overflow downdraw method Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000255777 Lepidoptera Species 0.000 description 1
- 229910013856 LiPb Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LBDSXVIYZYSRII-IGMARMGPSA-N alpha-particle Chemical compound [4He+2] LBDSXVIYZYSRII-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Lasers (AREA)
Description
本発明は、レーザ核融合に関し、特に、効率よく容易に核融合反応を生じさせる核融合燃料保持部材及び核融合燃料カプセルに関するものである。 The present invention relates to laser fusion, and more particularly, to a fusion fuel holding member and a fusion fuel capsule that cause a fusion reaction efficiently and easily.
従来のレーザ核融合の方法としては、中心点火方式及び高速点火方式がある。 Conventional laser fusion methods include a central ignition method and a fast ignition method.
中心点火方式は、爆縮プラズマの中心に自然に発生する高温度プラズマ（ホットスパーク）を用いて固体燃料部分の重水素及び三重水素を核融合反応させる方法である。 The center ignition method is a method in which deuterium and tritium in a solid fuel portion are subjected to a nuclear fusion reaction using high temperature plasma (hot spark) that is naturally generated at the center of implosion plasma.
この中心点火方式では、球殻燃料ペレットを球対称に爆縮する必要があるため、なるべく多数のレーザ光を用いるようにしている（例えば、大阪大学レーザーエネルギー学研究センターでは１２本、米国ロチェスター大学では６０本）。 In this central ignition method, the spherical shell fuel pellets need to be blown symmetrically, so that as many laser beams as possible are used (for example, 12 at the Osaka University Laser Energy Research Center, University of Rochester, USA) Then 60).
そして、レーザ光を球殻燃料ペレットに三次元対称に照射し、均一爆縮させるとともに、同時に発生する球心衝撃波によって爆縮中心に高温のホットスパークを自動的に形成させて、それから発生するα粒子によって周囲の爆縮燃料を燃焼させようとしている。 Then, the spherical shell fuel pellet is irradiated three-dimensionally symmetrically with laser light to uniformly implode, and at the same time, a high-temperature hot spark is automatically formed at the implosion center by a spherical shock wave generated at the same time. The particles try to burn the surrounding implosion fuel.
しかしながら、ホットスパークの自動形成には、未だに実現していない。球殻ターゲットを圧縮すれば当然温度が上昇して、ホットスパークが少なくとも自然に核融合点火条件を満たすことができるのでは無いかとも思われるが、核融合燃料を所定圧力に圧縮するより先に温度が上がってしまい、球殻燃料ペレットの内部圧力が上昇してしまい、必要な高密度への圧縮が最終的に不可能となってしまうという問題がある。 However, automatic hot spark formation has not yet been realized. If the spherical shell target is compressed, the temperature naturally rises, and hot sparks may at least naturally meet the fusion ignition condition, but before the fusion fuel is compressed to a predetermined pressure. There is a problem that the temperature rises, the internal pressure of the spherical shell fuel pellet rises, and compression to the required high density is finally impossible.
また、球殻ターゲットを所定の圧縮率に爆縮するためには、多数本のレーザ光を三次元対称に照射する必要があるが、これは極めて難しいという問題もある。 Further, in order to implode the spherical shell target to a predetermined compression rate, it is necessary to irradiate a large number of laser beams in a three-dimensional symmetry, but this is extremely difficult.
一方、高速点火方式は、特許文献１に示すように、中心にホットスパークを持たない低温高密度の爆縮プラズマの一部をプラズマが膨張飛散するよりも短時間に超短パルス超高強度レーザで追加熱して核融合反応を起こす方法である。 On the other hand, as shown in Patent Document 1, the high-speed ignition method is an ultra-short pulse ultra-high intensity laser in a shorter time than when plasma expands and scatters a part of low-temperature and high-density implosion plasma that does not have hot spark at the center. In this method, additional heat is applied to cause a nuclear fusion reaction.
この方法は、ホットスパークの自動形成を諦めて、外部から超高強度レーザ、例えばペタワットレーザを照射して加熱し、ホットスパークを形成させるアイデアであり、熱核融合中性子の発生量が数倍になることが確認されている。 This method is an idea that gives up the automatic formation of hot sparks and heats them by irradiating an ultra-high intensity laser such as a petawatt laser from the outside to form hot sparks. It has been confirmed that
しかしながら、ホットスパークを生じさせる程度まで爆縮しないにしても、依然として球殻燃料ペレットを３次元対称に爆縮する必要がある。 However, it is still necessary to implode the spherical shell fuel pellets three-dimensionally, even if not imploded to the extent that causes hot sparks.
このようなことから、上記何れの方式においても、球殻燃料ペレットに複数本のレーザ光を３次元対称に照射して爆縮させる必要がある。
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、簡単な構成で効率よく且つ容易に核融合反応を生じさせることをその主たる所期課題とするものである。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems all at once, and its main intended task is to generate a fusion reaction efficiently and easily with a simple configuration.
すなわち本発明に係る核融合燃料保持部材は、両端に設けられ、核融合燃料が充填される開口部と、前記両端開口部を連通して、軸方向に延びる導入通路と、前記導入通路の軸方向中央部に設けられ、前記核融合燃料を点火して核融合反応を生じさせる核融合部と、を備え、前記導入通路が、前記両端開口部から前記核融合部に行くに従って徐々に縮径するものであり、両端側から軸方向に沿ってレーザ光が照射されることにより、前記核融合燃料が前記導入通路を前記核融合部に進行するに従って、前記核融合燃料を爆縮させるものであることを特徴とする。 That is, the fusion fuel holding member according to the present invention includes an opening provided at both ends and filled with fusion fuel, an introduction passage extending in the axial direction through the opening at both ends, and an axis of the introduction passage. And a fusion part that ignites the fusion fuel to cause a fusion reaction, and the introduction passage gradually decreases in diameter as it goes from the opening at both ends to the fusion part. By irradiating laser light along the axial direction from both ends, the fusion fuel is blown up as it travels through the introduction passage to the fusion part. It is characterized by being.
このようなものであれば、導入通路が開口部から核融合部に行くに従って徐々に縮径するものであるので、レーザ光を２方向から照射するだけで、極めて簡単に核融合燃料を爆縮することができるようになる。また、開口部、導入通路及び核融合部の形状を適宜設計変更することにより、所望の圧縮率を確保することができる。したがって、簡単な構成で容易に且つ効率良く核融合反応を生じさせることができるようになる。さらに、２本のレーザ光を用いて核融合反応を生じさせることができるので、利得（投入したエネルギ量と反応で得られるエネルギ量との比）を上げることができる。 In such a case, since the diameter of the introduction passage gradually decreases from the opening to the fusion part, the fusion fuel can be implosed very simply by irradiating laser light from two directions. Will be able to. Moreover, a desired compression rate can be ensured by changing the design of the shape of the opening, the introduction passage, and the fusion part as appropriate. Therefore, the fusion reaction can be easily and efficiently generated with a simple configuration. Further, since the nuclear fusion reaction can be caused by using two laser beams, the gain (ratio of the amount of energy input and the amount of energy obtained by the reaction) can be increased.
核融合燃料保持部材の構造を更に簡単にするための実施の形態としては、回転体形状をなすものであることが望ましい。 As an embodiment for further simplifying the structure of the fusion fuel holding member, it is desirable that it has a rotating body shape.
核融合燃料の効率的な爆縮を実現するためには、前記導入通路の開口角度が、両端から照射されるレーザ光の集光角度とほぼ等しいことが望ましい。 In order to realize efficient implosion of the fusion fuel, it is desirable that the opening angle of the introduction passage is substantially equal to the condensing angle of the laser light irradiated from both ends.
また、本発明に係る核融合燃料カプセルは、両端に設けられ、核融合燃料が充填される開口部と、前記両端開口部を連通して、軸方向に延びる導入通路と、前記導入通路の軸方向中央部に設けられ、前記核融合燃料を点火して核融合反応を生じさせる核融合部と、を有し、前記導入通路が、前記両端開口部から前記核融合部に行くに従って徐々に縮径するものであり、両端側から軸方向に沿ってレーザ光が照射されることにより、前記核融合燃料が前記導入通路を前記核融合部に進行するに従って、前記核融合燃料を爆縮させるものである核融合燃料保持部材と、前記核融合燃料保持部材の核燃料導入通路の両端開口部に充填される核融合燃料と、前記核融合燃料の外方に設けられ、レーザ光が照射されるアブレータと、を備えていることを特徴とする。 The fusion fuel capsule according to the present invention includes an opening provided at both ends and filled with fusion fuel, an introduction passage extending in the axial direction through the opening at both ends, and an axis of the introduction passage. A fusion part that ignites the fusion fuel to cause a fusion reaction, and the introduction passage gradually contracts from the opening at both ends toward the fusion part. The diameter of the fusion fuel is irradiated from the both ends along the axial direction, and the fusion fuel is blown up as the fusion fuel advances through the introduction passage to the fusion portion. A fusion fuel holding member, a fusion fuel filled in the opening portions at both ends of the nuclear fuel introduction passage of the fusion fuel holding member, and an ablator provided outside the fusion fuel and irradiated with laser light And that And butterflies.
このように構成した本発明によれば、簡単な構成で容易且つ効率よく核融合反応を生じさせることができる。 According to the present invention configured as described above, a nuclear fusion reaction can be easily and efficiently generated with a simple configuration.
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
なお、図１は、本実施形態に係る核融合燃料カプセル２を用いた核融合装置１の模式的斜視図である。図２は、核融合燃料カプセル２の断面斜視図であり、図３は、核融合燃料保持部材２１の断面斜視図であり、図４は、核融合燃料２２の爆縮工程前の状態を示す模式的断面図であり、図５は、核融合燃料２２の爆縮工程後、点火工程を示す模式的断面図である。 FIG. 1 is a schematic perspective view of a fusion apparatus 1 using a fusion fuel capsule 2 according to this embodiment. 2 is a cross-sectional perspective view of the fusion fuel capsule 2, FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of the fusion fuel holding member 21, and FIG. 4 shows a state of the fusion fuel 22 before the implosion process. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view, and FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an ignition process after the implosion process of the fusion fuel 22.
＜装置構成＞
本実施形態に係る核融合装置１は、図１に示すように、核融合燃料カプセル２と、当該核融合燃料カプセル２が導入される熱交換真空容器３と、前記核融合燃料カプセル２を前記熱交換真空容器３内に導入するカプセル導入装置４と、熱交換真空容器３内に設置された核融合燃料カプセル２にレーザ光Ｌａ、Ｌｂを照射するレーザ装置５と、前記熱交換真空容器３に壁３１中に水を循環させる循環装置６と、核融合反応により発生した高温蒸気を用いてタービンを回すことにより発電する発電装置７と、を備えている。
<Device configuration>
As shown in FIG. 1, the fusion apparatus 1 according to the present embodiment includes a fusion fuel capsule 2, a heat exchange vacuum vessel 3 into which the fusion fuel capsule 2 is introduced, and the fusion fuel capsule 2 as described above. Capsule introduction device 4 introduced into heat exchange vacuum vessel 3, laser device 5 for irradiating fusion fuel capsule 2 installed in heat exchange vacuum vessel 3 with laser beams La and Lb, and heat exchange vacuum vessel 3 A circulation device 6 that circulates water through the wall 31 and a power generation device 7 that generates electric power by turning a turbine using high-temperature steam generated by a nuclear fusion reaction are provided.
以下、熱交換真空容器３、レーザ装置５及び核融合燃料カプセル２について、この順に説明する。 Hereinafter, the heat exchange vacuum vessel 3, the laser device 5, and the fusion fuel capsule 2 will be described in this order.
熱交換真空容器（炉容器）３は、核融合燃料カプセル２がカプセル導入装置４によって導入されるものであり、核融合反応によって生じるエネルギを熱に変換するための真空容器である。 A heat exchange vacuum vessel (furnace vessel) 3 is a vacuum vessel in which the fusion fuel capsule 2 is introduced by the capsule introduction device 4 and converts energy generated by the fusion reaction into heat.
具体的には、熱交換真空容器３は、ブラケット３１と、そのブラケット３１の周囲に設けられた遮蔽壁３２と、を備えている。ブラケット３１は、核融合パルス出力から炉壁を防護すること（中性子遮蔽）、中性子出力を熱に変換し、燃料であるトリチウムの増殖を行うという３つの機能を持つ壁であり、遮蔽壁３２は、ブラケット３１外に漏れ出た中性子を遮蔽する壁である。また、ブラケット３１は、例えば直径１０ｍ、高さ２０ｍで、内面は厚さ１ｍのトリチウム増殖機能を有する液体金属（ＬｉＰｂ）で覆われている。 Specifically, the heat exchange vacuum vessel 3 includes a bracket 31 and a shielding wall 32 provided around the bracket 31. The bracket 31 is a wall having three functions of protecting the reactor wall from the fusion pulse output (neutron shielding), converting the neutron output into heat, and multiplying tritium as a fuel. A wall that shields neutrons leaking out of the bracket 31. The bracket 31 is covered with a liquid metal (LiPb) having a tritium breeding function of, for example, a diameter of 10 m, a height of 20 m, and a thickness of 1 m.
レーザ装置５は、核融合燃料カプセル２の軸方向Ｃに対して、同軸上に対向して、約１００ｋＪのエネルギを有するレーザ光Ｌａ、Ｌｂを照射するものであり、核融合燃料カプセル２の核融合燃料２２を爆縮するための爆縮用レーザ光Ｌａ、及び爆縮された核融合燃料２２を高速点火するための点火用レーザ光Ｌｂを照射するものである。 The laser device 5 irradiates laser beams La and Lb having an energy of about 100 kJ so as to be coaxially opposed to the axial direction C of the fusion fuel capsule 2. The laser beam La for implosion for implosion of the fusion fuel 22 and the laser beam Lb for ignition for high-speed ignition of the implosion fusion fuel 22 are irradiated.
レーザ装置５から射出されたレーザ光Ｌａ、Ｌｂは、パルス幅が２０ｐｓ程度なので、集光レンズ５６によって集光することが考えられる。また、軸外し放物面鏡によって集光することも考えられる。なお、軸外し放物面鏡及び集光レンズ５６は熱交換真空容器３内に設けるようにしている。 Since the laser beams La and Lb emitted from the laser device 5 have a pulse width of about 20 ps, it is conceivable that the laser beams are condensed by the condenser lens 56. It is also conceivable to collect light with an off-axis parabolic mirror. The off-axis parabolic mirror and the condenser lens 56 are provided in the heat exchange vacuum vessel 3.
また、本実施形態では、爆縮用レーザ光Ｌａと点火用レーザ光Ｌｂは、核融合燃料カプセル２に照射される前に、レーザ束としてまとめられて、核融合燃料カプセル２に集光照射される。このとき、レーザ束は、点火用レーザ光Ｌｂを芯として、爆縮用レーザが、その点火用レーザ光Ｌｂの周囲を囲むようにまとめられて形成されている。 In the present embodiment, the implosion laser light La and the ignition laser light Lb are collected as a laser bundle before being irradiated onto the fusion fuel capsule 2 before being irradiated onto the fusion fuel capsule 2. The At this time, the laser bundle is formed such that the implosion laser is bundled around the ignition laser beam Lb with the ignition laser beam Lb as a core.
レーザ装置５の具体的な構成としては、図２に示すように、例えば、波長１．０５μｍの発振器５１と、当該発振器５１から射出される超短パルス光の種として、パルス幅を拡張しチャープパルスを形成するファイバストレッチャ５２と、光パラメトリックチャープパルス増幅器（ＯＰＣＰＡ）（副増幅器）５３と、主増幅器５４と、パルス幅を２０〜１００ｐｓに圧縮するパルス圧縮器５５等を有している。なお、図２において、５７は、主増幅器５４からの爆縮用レーザ光Ｌａと、パルス圧縮器５５からの点火用レーザ光Ｌｂとを１つのレーザ束にまとめるレーザ束生成部である。 As a specific configuration of the laser device 5, as shown in FIG. 2, for example, an oscillator 51 having a wavelength of 1.05 μm and a chirp with an extended pulse width as a seed of ultrashort pulse light emitted from the oscillator 51. A fiber stretcher 52 that forms a pulse, an optical parametric chirped pulse amplifier (OPPCA) (sub-amplifier) 53, a main amplifier 54, a pulse compressor 55 that compresses the pulse width to 20 to 100 ps, and the like are included. In FIG. 2, reference numeral 57 denotes a laser bundle generator that combines the implosion laser light La from the main amplifier 54 and the ignition laser light Lb from the pulse compressor 55 into one laser bundle.
次に、本発明に係る核融合燃料カプセル２について説明する。 Next, the fusion fuel capsule 2 according to the present invention will be described.
核融合燃料カプセル２は、図３に示すように、核融合燃料保持部材２１と、核融合燃料２２と、アブレータ２３と、からなる。 As shown in FIG. 3, the fusion fuel capsule 2 includes a fusion fuel holding member 21, a fusion fuel 22, and an ablator 23.
核融合燃料保持部材２１は、図３及び図４に示すように、軸Ｃ方向に沿った回転体形状をなすものであり、両端に設けられて核融合燃料２２が充填される開口部２１１と、前記両端開口部２１１を連通して、軸Ｃ方向に延びる導入通路２１２と、前記導入通路２１２の軸Ｃ方向中央部に設けられ、前記核融合燃料２２を点火して核融合反応を生じさせる核融合部２１３と、を有している。具体的には、例えば金属製の直径１ｍｍ、軸方向長さ３．５ｍｍの円筒形状をなすものである。 As shown in FIGS. 3 and 4, the fusion fuel holding member 21 has a rotating body shape along the direction of the axis C. The fusion fuel holding member 21 includes openings 211 provided at both ends and filled with the fusion fuel 22. The both-end openings 211 communicate with each other and are provided in an introduction passage 212 extending in the axis C direction and in the center portion of the introduction passage 212 in the axis C direction, and ignite the fusion fuel 22 to cause a fusion reaction. Fusion unit 213. Specifically, for example, it has a cylindrical shape with a metal diameter of 1 mm and an axial length of 3.5 mm.
開口部２１１は、円形状であり、核融合燃料２２が充填されるとともに、アブレータ２３により密閉される（図３参照）。両端に設けられた開口部２１１は、同一形状である。 The opening 211 has a circular shape, is filled with the fusion fuel 22, and is sealed by the ablator 23 (see FIG. 3). The openings 211 provided at both ends have the same shape.
導入通路２１２は、両端開口部２１１から核融合部２１３（軸方向中心部）に行くに従って徐々に縮径するものであり、両端側（核融合燃料カプセル２の左右）から軸Ｃ方向に沿ってレーザ光Ｌａ、Ｌｂ（レーザ束）が照射されることにより、核融合燃料２２が導入通路２１２を前記核融合部２１３に進行するに従って、前記核融合燃料２２を爆縮させるものである。また、導入通路２１２は、レーザ光Ｌａ、Ｌｂ（レーザ束）を集光するものである。 The introduction passage 212 gradually decreases in diameter as it goes from the both-end openings 211 to the fusion portion 213 (axially central portion), and extends along the axis C direction from both ends (left and right of the fusion fuel capsule 2). By irradiating laser beams La and Lb (laser bundles), the fusion fuel 22 is blown up as the fusion fuel 22 travels through the introduction passage 212 to the fusion part 213. The introduction passage 212 collects the laser beams La and Lb (laser bundle).
つまり、導入通路２１２の内面が、一端開口部２１１から軸Ｃ方向中心部に行くに従って徐々に縮径する、いわゆるコーン状をなすものである。導入通路２１２は、軸Ｃ方向中心部に対して左右対称に形成されており、導入通路２１２全体としては、コーン状の空間を頂部で連結した連結コーン状をなすものである。 That is, the inner surface of the introduction passage 212 has a so-called cone shape in which the diameter gradually decreases from the one end opening 211 toward the central portion in the axis C direction. The introduction passage 212 is formed symmetrically with respect to the central portion in the direction of the axis C, and the introduction passage 212 as a whole has a connected cone shape in which cone-shaped spaces are connected at the top.
また、導入通路２１２の開口角度は、図５及び図６に示すように、両端から照射されるレーザ光（レーザ束）の集光角度とほぼ等しい。つまり、導入通路２１２の中心軸（軸Ｃ方向）とレーザ束の中心軸とがほぼ一致するようにしている。これにより、アブレータ２３のほぼ全面がロケット作用を生じ、アブレータ２３が均一にロケット作用により進行するので、照射時間を制御するだけで、核融合燃料２２を均等且つ正確に爆縮することができる。 The opening angle of the introduction passage 212 is substantially equal to the condensing angle of the laser light (laser bundle) irradiated from both ends, as shown in FIGS. That is, the central axis (in the direction of the axis C) of the introduction passage 212 and the central axis of the laser bundle are substantially matched. As a result, almost the entire surface of the ablator 23 generates a rocket action, and the ablator 23 advances uniformly by the rocket action. Therefore, the fusion fuel 22 can be uniformly and accurately implosed only by controlling the irradiation time.
また、導入通路２１２はレーザ束が通過する通路であることから、爆縮用レーザ光Ｌａ及び点火用レーザ光Ｌｂが通過する通路となる。上述したように、導入通路２１２が一端開口部２１１から軸Ｃ方向中心部に行くに従って徐々に連続的に縮径するものであるので、レーザ光Ｌａ、Ｌｂの照射方向がずれている場合でも、レーザ光Ｌａ、Ｌｂは、導入通路２１２の内周面で反射されてアブレータ２３又は核融合燃料２２に照射される。これにより、従来に比べてレーザ光Ｌａ、Ｌｂの配置など核融合装置１の設計を格段に容易にすることができるとともに、核融合反応を爆縮及び高速点火を容易に行うことができる。 In addition, since the introduction passage 212 is a passage through which the laser bundle passes, it becomes a passage through which the implosion laser light La and the ignition laser light Lb pass. As described above, since the introduction passage 212 gradually decreases in diameter as it goes from the one end opening 211 to the central portion in the axis C direction, even when the irradiation directions of the laser beams La and Lb are shifted, The laser beams La and Lb are reflected by the inner peripheral surface of the introduction passage 212 and irradiated to the ablator 23 or the fusion fuel 22. Thereby, the design of the fusion apparatus 1 such as the arrangement of the laser beams La and Lb can be made much easier than before, and the fusion reaction can be easily implosed and fast ignition can be performed.
核融合部２１３は、爆縮された核融合燃料２２が高速点火されて、核融合反応を生じる領域であり、開口部２１１に充填された核融合燃料２２が核融合部２１３に到達した状態で、核融合燃料２２の圧縮率が約１００となるように、核融合部２１３の内径を設定している。 The fusion part 213 is an area where the implosed fusion fuel 22 is ignited at a high speed to cause a fusion reaction, and the fusion fuel 22 filled in the opening 211 has reached the fusion part 213. The inner diameter of the fusion portion 213 is set so that the fusion rate of the fusion fuel 22 is about 100.
核融合燃料２２は、重水素及び三重水素を混ぜ合わせて冷却固化して形成したものであり、核融合燃料保持部材２１の核燃料導入通路２１２の両端開口部２１１に充填される。核融合燃料２２としては、その他、重水素及びヘリウム（３Ｈｅ）、重水素及びリチウム（６Ｌｉ）、重水素及びホウ素（１１Ｂ）等を冷却固化させたものであっても良い。爆縮用レーザ光Ｌａによって、固体密度の１００倍の圧縮燃料コアを形成するそのためには、気体燃料より液体又は固体燃料にする方が良い。 The fusion fuel 22 is formed by mixing deuterium and tritium and cooling and solidifying them. The fusion fuel 22 is filled in the openings 211 at both ends of the nuclear fuel introduction passage 212 of the fusion fuel holding member 21. In addition, the fusion fuel 22 may be obtained by cooling and solidifying deuterium and helium ( 3 He), deuterium and lithium ( 6 Li), deuterium and boron ( 11 B), or the like. In order to form a compressed fuel core 100 times the solid density by the implosion laser beam La, it is better to use liquid or solid fuel than gaseous fuel.
アブレータ２３は、核融合燃料２２の外方に両端開口部２１１を密閉するように設けられ、爆縮用レーザ光Ｌａ及び高速点火用レーザ光Ｌｂが照射されるプラスチック製の蓋である。アブレータ２３は、爆縮用レーザ光Ｌａが照射されることにより、その表面がゆっくりと蒸散（Ablation）し、その反動で残りのプラスチック蓋（タンパー部）が内部に押し込まれる。これは、ロケット作用とよばれ、アブレータ２３が初期厚みの８０％程度蒸散したときに、最も効率よくタンパー部が押し込まれる。 The ablator 23 is a plastic lid that is provided outside the fusion fuel 22 so as to seal the opening portions 211 at both ends, and is irradiated with the implosion laser light La and the fast ignition laser light Lb. When the ablator 23 is irradiated with the implosion laser beam La, the surface thereof is slowly ablated, and the remaining plastic lid (tamper portion) is pushed into the interior by the reaction. This is called rocket action, and when the ablator 23 evaporates about 80% of the initial thickness, the tamper portion is pushed in most efficiently.
＜核融合燃料カプセル２の製作方法＞
本実施形態の核融合燃料カプセル２の製作方法としては以下の方法が考えられる。
<Manufacturing method of fusion fuel capsule 2>
The following method can be considered as a manufacturing method of the fusion fuel capsule 2 of this embodiment.
例えば、１００気圧前後の高圧ＤＴガスを核融合燃料保持部材２１の導入通路２１２中に充填する。そして、液体ヘリウムでＤＴガスを冷却し、両端開口部２１１にＤＴ固体燃料層を形成する。その後、プラスチック製の蓋（アブレータ２３）を形成することにより製作することができる。 For example, high-pressure DT gas of about 100 atm is filled in the introduction passage 212 of the fusion fuel holding member 21. Then, the DT gas is cooled with liquid helium, and a DT solid fuel layer is formed at both end openings 211. Thereafter, it can be manufactured by forming a plastic lid (ablator 23).
また、爆縮用レーザ光Ｌａによって、固体密度の１００倍の圧縮燃料コアを形成する必要があるが、爆縮以前の初期状態で既にできるだけ高密度状態を実現しておくことが経済的である。そのためには、初めに核融合燃料保持部材２１の開口部２１１をプラスチック製の蓋（アブレータ２３）でシールする。そして、その核融合燃料保持部材２１を、１００万気圧のＤＴガスの気体ボンベ中に配置する。そうすると、アブレータ２３からＤＴガスが浸透する。その後、平衡状態に至ったところで液体ヘリウムを用いて絶対温度の１０Ｋ以下に冷却を行いながらボンベを排気する。これにより、核融合燃料保持部材２１の導入通路２１２においてアブレータ２３の裏面にＤＴガスの氷が形成される。 Further, it is necessary to form a compressed fuel core 100 times the solid density by the implosion laser light La, but it is economical to realize a high density state as much as possible in the initial state before the implosion. . For this purpose, first, the opening 211 of the fusion fuel holding member 21 is sealed with a plastic lid (ablator 23). And the fusion fuel holding member 21 is arrange | positioned in the gas cylinder of DT gas of 1 million atmospheres. Then, DT gas permeates from the ablator 23. Thereafter, when the equilibrium is reached, the cylinder is evacuated while cooling to 10 K or less of the absolute temperature using liquid helium. Thereby, ice of DT gas is formed on the back surface of the ablator 23 in the introduction passage 212 of the fusion fuel holding member 21.
固体燃料である核融合燃料２２は、反応容器内に導入配置されると、周囲の輻射熱によって３０ｍｓ程度で解けて、爆発的に気体に戻る。したがって、レーザの照射、爆縮、高速点火及び加熱の全プロセスは３０ｍｓ以内に終了させなければならない。なお、上記では、核融合燃料カプセル２に重水素を充填する場合の製作方法を示したが、重水素及び三重水素を混合した燃料を用いて製作する場合も同様の手順で行うことができる。 When the fusion fuel 22, which is a solid fuel, is introduced and arranged in the reaction vessel, it is melted in about 30 ms by ambient radiant heat and explosively returns to gas. Therefore, the entire process of laser irradiation, implosion, fast ignition and heating must be completed within 30 ms. In the above description, the manufacturing method in the case where the fusion fuel capsule 2 is filled with deuterium has been described. However, the same procedure can be used when manufacturing using a fuel in which deuterium and tritium are mixed.
次に、核融合燃料２２の爆縮工程及び点火工程を説明する。 Next, the implosion process and the ignition process of the fusion fuel 22 will be described.
＜爆縮工程＞
核融合燃料２２の爆縮工程は、核融合燃料２２を爆縮する工程であり、図５に示すように、爆縮用レーザ光Ｌａ及び点火用レーザ光Ｌｂのレーザ束がレンズ５６により集光されて、アブレータ２３に照射される。そうすると、アブレータ２３は、爆縮用レーザ光Ｌａによってその表面が蒸散し、核融合燃料２２は、アブレータ２３のロケット作用により導入通路２１２内部に押し込まれる。このとき、核融合燃料２２は、導入通路２１２の内周面によって径方向に圧縮される。
<Implosion process>
The implosion step of the fusion fuel 22 is a step of implosion of the fusion fuel 22, and the laser bundle of the implosion laser beam La and the ignition laser beam Lb is condensed by the lens 56 as shown in FIG. Then, the ablator 23 is irradiated. Then, the surface of the ablator 23 is evaporated by the implosion laser beam La, and the fusion fuel 22 is pushed into the introduction passage 212 by the rocket action of the ablator 23. At this time, the fusion fuel 22 is compressed in the radial direction by the inner peripheral surface of the introduction passage 212.
＜点火工程＞
核融合燃料２２の点火工程は、核融合部２１３に押し込まれた核融合燃料２２を高速点火する工程であり、図６に示すように、爆縮用レーザ光Ｌａ及び点火用レーザ光Ｌｂのレーザ束がレンズ５６により集光されて、核融合燃料２２に照射される。そうすると、核融合燃料２２は、点火用レーザ光Ｌｂにより、以下の核融合反応を生じる。
<Ignition process>
The process of igniting the fusion fuel 22 is a process of igniting the fusion fuel 22 pushed into the fusion part 213 at a high speed. As shown in FIG. 6, the laser of the implosion laser light La and the ignition laser light Lb The bundle is collected by the lens 56 and irradiated to the fusion fuel 22. Then, the fusion fuel 22 causes the following fusion reaction by the ignition laser beam Lb.
Ｄ（ｎ＋ｐ）＋Ｔ（２ｎ＋ｐ）→ｎ（１４．１ＭｅＶ）＋α（３．６ＭｅＶ）
ここで、Ｄは重水素、Ｔは三重水素、ｎは中性子、ｐは陽子、αはα粒子を示す。
D (n + p) + T (2n + p) → n (14.1 MeV) + α (3.6 MeV)
Here, D is deuterium, T is tritium, n is neutron, p is proton, and α is α particle.
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る核融合装置１によれば、従来の核融合方法に比べて極めて簡単に核融合を行うことができる。つまり、導入通路２１２が開口部２１１から核融合部２１３に行くに従って徐々に縮径するものであるので、同軸２方向から爆縮用レーザ光Ｌａ及び点火用レーザ光Ｌｂを照射するだけで、核融合燃料２２の爆縮及び高速点火を行うことができる。また、爆縮用レーザ光Ｌａの通路及び点火用レーザ光Ｌｂの通路を共通させているので、レーザ装置５の配置など核融合装置１の構成を極めて簡単にすることができる。
<Effect of this embodiment>
According to the fusion apparatus 1 according to the present embodiment configured as described above, fusion can be performed extremely easily as compared with the conventional fusion method. That is, since the introduction passage 212 is gradually reduced in diameter as it goes from the opening 211 to the nuclear fusion portion 213, the nuclear nuclei can be obtained simply by irradiating the implosion laser beam La and the ignition laser beam Lb from the two coaxial directions. Implosion and fast ignition of the fusion fuel 22 can be performed. Further, since the passage of the implosion laser light La and the passage of the ignition laser light Lb are made common, the configuration of the nuclear fusion device 1 such as the arrangement of the laser device 5 can be extremely simplified.
また、核融合燃料保持部材２１の両端開口部２１１、導入通路２１２及び核融合部２１３の形状を適宜変更することにより、核融合燃料２２を所望の圧縮率に圧縮することができる。 Further, the fusion fuel 22 can be compressed to a desired compression rate by appropriately changing the shapes of the opening portions 211, the introduction passage 212, and the fusion portion 213 of the fusion fuel holding member 21.
さらに、レーザ本数を２本にすることができること、及び圧縮率が小さくても核融合反応を生じさせることができることから、具体的には、１００ｋＪのエネルギを有するレーザ光Ｌａ、Ｌｂを用いていること及び燃料圧縮率１００倍としていることから、大きな利得（投入したエネルギ量と反応で得られるエネルギ量との比）が期待できる。 Furthermore, since the number of lasers can be reduced to 2 and a nuclear fusion reaction can be caused even if the compression ratio is small, specifically, laser beams La and Lb having energy of 100 kJ are used. In addition, since the fuel compression rate is set to 100 times, a large gain (ratio between the amount of energy input and the amount of energy obtained by reaction) can be expected.
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
<Other modified embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment. In the following description, the same reference numerals are given to members corresponding to the above-described embodiment.
例えば、前記実施形態では、核融合燃料保持部材２１が、回転体形状をなすものであったが、回転体形状でなくても良い。 For example, in the above-described embodiment, the fusion fuel holding member 21 has a rotating body shape, but may not have a rotating body shape.
また、前記実施形態では、爆縮用レーザ光Ｌａと点火用レーザ光Ｌｂとを同時に照射するようにしているが、始めに爆縮用レーザ光Ｌａの爆縮工程が終わった後に点火用レーザ光Ｌｂを照射して点火工程を行うようにしても良い。 In the above-described embodiment, the implosion laser beam La and the ignition laser beam Lb are irradiated at the same time. However, after the implosion process of the implosion laser beam La is finished, the ignition laser beam is completed. You may make it perform an ignition process by irradiating Lb.
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。 In addition, some or all of the above-described embodiments and modified embodiments may be combined as appropriate, and the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. .
１ ・・・核融合装置
２ ・・・核融合燃料カプセル
２１ ・・・核融合燃料保持部材
２１１・・・開口部
２１２・・・導入通路
Ｃ ・・・軸
２１３・・・核融合部
Ｌａ ・・・爆縮用レーザ光
Ｌｂ ・・・点火用レーザ光
２２ ・・・核融合燃料
２３ ・・・アブレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fusion device 2 ... Fusion fuel capsule 21 ... Fusion fuel holding member 211 ... Opening part 212 ... Introduction channel C ... Shaft 213 ... Fusion part La- ..Impacting laser beam Lb ... Ignition laser beam 22 ... Fusion fuel 23 ... Ablator
Claims (5)
前記両端開口部を連通して、軸方向に延びる導入通路と、
前記導入通路の軸方向中央部に設けられ、前記核融合燃料を点火して核融合反応を生じさせる核融合部と、を備え、
前記導入通路が、前記両端開口部から前記核融合部に行くに従って徐々に縮径するものであり、
両端側から軸方向に沿ってレーザ光が照射されることにより、前記核融合燃料が前記導入通路を前記核融合部に進行するに従って、前記核融合燃料を爆縮させるものである核融合燃料保持部材。 Openings provided at both ends and filled with fusion fuel;
An introductory passage extending in the axial direction through the both end openings;
A fusion part that is provided in an axially central part of the introduction passage and ignites the fusion fuel to cause a fusion reaction; and
The introduction passage is gradually reduced in diameter as it goes from the opening at both ends to the fusion portion,
A fusion fuel holding unit that, by irradiating laser light along the axial direction from both ends, causes the fusion fuel to explode as the fusion fuel advances through the introduction passage to the fusion part. Element.
前記核融合燃料保持部材の核燃料導入通路の両端開口部に充填される核融合燃料と、
前記核融合燃料の外方に設けられ、レーザ光が照射されるアブレータと、を備えている核融合燃料カプセル。 An opening provided at both ends and filled with fusion fuel, an introduction passage extending in the axial direction through the opening at both ends, and an axially central portion of the introduction passage, A fusion part that ignites and causes a nuclear fusion reaction, and the introduction passage gradually decreases in diameter as it goes from the opening at both ends to the fusion part. A fusion fuel holding member that is adapted to explode the fusion fuel as the fusion fuel travels through the introduction passage to the fusion part by being irradiated with laser light along
A fusion fuel filled in openings at both ends of the nuclear fuel introduction passage of the fusion fuel holding member;
A fusion fuel capsule provided with an ablator provided outside the fusion fuel and irradiated with laser light.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007124853A JP4989301B2 (en) | 2007-05-09 | 2007-05-09 | Fusion fuel holding member and fusion fuel capsule |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007124853A JP4989301B2 (en) | 2007-05-09 | 2007-05-09 | Fusion fuel holding member and fusion fuel capsule |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008281397A JP2008281397A (en) | 2008-11-20 |
| JP4989301B2 true JP4989301B2 (en) | 2012-08-01 |
Family
ID=40142338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007124853A Active JP4989301B2 (en) | 2007-05-09 | 2007-05-09 | Fusion fuel holding member and fusion fuel capsule |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4989301B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5790992B2 (en) * | 2011-05-27 | 2015-10-07 | スズキ株式会社 | Side laser irradiator |
| WO2014160128A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-10-02 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Friction heat management injection support rings for ife hohlraums |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6379093A (en) * | 1986-09-22 | 1988-04-09 | 株式会社日立製作所 | Fuel pellet injector |
| JP4081029B2 (en) * | 2004-02-26 | 2008-04-23 | 匡且 村上 | Fusion target and fusion ignition method |
-
2007
- 2007-05-09 JP JP2007124853A patent/JP4989301B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2008281397A (en) | 2008-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Key | Status of and prospects for the fast ignition inertial fusion concept | |
| Hasegawa et al. | Magnetically insulated inertial fusion: A new approach to controlled thermonuclear fusion | |
| US20200118694A1 (en) | Simple and Robust Method for Implosion of ICF Targets | |
| US20170213603A1 (en) | Simple and Robust Configuration for ICF Targets | |
| Tabak et al. | Alternative ignition schemes in inertial confinement fusion | |
| Hatchett et al. | Hydrodynamics of conically guided fast ignition targets | |
| US4440714A (en) | Inertial confinement fusion method producing line source radiation fluence | |
| JP4989301B2 (en) | Fusion fuel holding member and fusion fuel capsule | |
| JP4081029B2 (en) | Fusion target and fusion ignition method | |
| Ditmire et al. | Focused Energy, A new approach towards inertial fusion energy | |
| US20200027571A1 (en) | Thermal Wave Drive for ICF Targets | |
| US4277305A (en) | Beam heated linear theta-pinch device for producing hot plasmas | |
| US10755820B2 (en) | Structure for containment of radiation from an ICF | |
| JP2009288229A (en) | Ignition method in nuclear fusion | |
| Deutsch | Fast ignition schemes for inertial confinement fusion | |
| Ragheb et al. | Inertial Confinement Fusion | |
| JP2022090525A (en) | Fuel pellet, method of manufacturing the same, nuclear fusion reactor, and nuclear fusion method | |
| Zohuri et al. | Inertial Confinement Fusion (ICF) | |
| Marcus | Inertial Fusion and Magnetic Fast Pulsed Systems | |
| JP2012002789A (en) | Nuclear fusion ignition method | |
| Vesey et al. | Z-pinch-driven fast ignition fusion | |
| GB2540644A (en) | Master starter | |
| GB2540645A (en) | Starter | |
| US20240013934A1 (en) | Asymmetric drive of inertial fusion targets | |
| Terao | Nuclear fusion reactor ignited by imploding detonation waves |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100430 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120417 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120427 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4989301 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150511 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |