レーザー核融合の原理

球状の燃料ペレット（燃料球、ターゲット）を考える。この燃料球は球殻部分が重水素と三重水素の固体となっていて、球内部はそれらの気体で満たされている。

これに非常に強いレーザー光を当てると、急激な表面部分の加熱、プラズマの膨張により、その反作用として燃料球自身が内部へ爆縮を起こし、内部の圧力は1億気圧にも達する。

球殻部分はこの圧縮により球中心に圧縮され主燃料となる。この圧縮による衝撃波などにより、中空の気体部分は1億度以上という高温になる。

爆縮には高い球対称性が要求されるが、レイリー・テイラー不安定性などの流体力学的不安定性は球対称爆縮の障害となっている。

この高温下で以下の核融合反応が進む（この方式を直接照射・中心点火方式と呼ぶ）。

D + T → n + α

Dは重水素、Tは三重水素、nは中性子、αはアルファ粒子（ヘリウム原子核）である。

アルファ粒子の発生はさらに系を過熱させ、それが核融合反応をさらに促進する（核融合反応の点火）。これにより、主燃料部分も核融合反応を開始し、最初に与えたレーザー光によるエネルギーよりずっと多いエネルギーを発生することとなる。

レーザー核融合

レーザー核融合は、非常に高い出力のレーザーの光を用いた核融合である。

核融合反応でエネルギーを取り出すためには、燃料プラズマを高温に加熱し、かつ、十分な反応を起こすために密度と時間の積がある一定値以上でなければならないという、ローソン条件を満たす必要がある。

磁気閉じ込め方式の核融合では低密度のプラズマを長時間（1秒以上）保持することを目指すのに対し、燃料プラズマを固体密度よりもさらに高密度に圧縮、加熱し、プラズマが飛散してしまう以前、すなわちプラズマがそれ自体の慣性でその場所に

留まっている間に核融合反応を起こしてエネルギーを取り出すことを目指した慣性核融合が考えられ、研究が進められている。

レーザー核融合は、燃料の圧縮と加熱のために大出力のレーザーを用いる慣性核融合の一方式である。

私の旅行計画, 2日目

朝早く名古屋大学の研究室を探訪します。

研究室の大学院生や研究員と会って話を交わします。

午前 : 名古屋で味噌煮込みをたべて名古屋大学の周辺を歩き回り、観光をします。

午後 : 中部国際空港で帰ります。

夜 : 飛行機に乗ってインチョン国際空港に帰ってきます。

短かったけど良い旅行だったような気がします。

私の旅行計画, 1日目

名古屋大学の訪問

名古屋大学の核融合プラズマ理工学研究グループで勉強する前に研究室教授と面談するために名古屋大学に行くつもりです。

旅行の経路
出発地 : インチョン国際空港 到着地 : 中部国際空港　セントレア
中部国際空港から名鉄線で名古屋駅に移動

「名古屋駅」方面から
地下鉄東山線「本山」駅下車
名城線右回り乗り換え「名古屋大学」駅下車

上の内容を参考にして名古屋大学に移動

名古屋大学で核融合プラズマ理工学研究グループの研究室教授と面談します。

名古屋大学院で勉強できるのかどんな準備をすべきかについて質問をします。

その後, 名古屋大学の近くに宿を決めます。

核融合反応

核融合反応とは、軽い核種同士が融合してより重い核種になる核反応を言う。単に核融合と呼ばれることも多い。

1920年代及び30年代に、ジョン・コッククロフトに代表される粒子加速器の研究に従事していた物理学者たちは、陽子（水素原子核）や他の軽い核に高いエネルギー（数keV）を与え入射粒子として加速し、標的となっている軽い核に当てると、核の電気的反発力や核力によって入射粒子は破壊を伴いながら、標的と融合し大きなエネルギーが解放されること、すなわち核融合反応を発見していた。この大きなエネルギーは、アインシュタインによって主張された関係式 E = mc2 を満たす形で、融合した核の質量の一部がエネルギーに変換されているため発生すると言われる。しかしながら、加速器による核融合反応では、少数の核融合物を作るために大量のエネルギーが使用されなくてはならず、もし実用に供するような連続的な核融合反応を起こすのであれば摂氏数億度もの高温が必要となることから、以後に発見された核分裂反応ほどには当初は着目されなかった。

上記の摂氏数億度の高温を用いる核融合は特に熱核反応と呼ばれるが、熱核反応の燃料としては、原子核の荷電が小さく原子核同士が接近しやすい軽い核種で反応自体も速いといった理由から三重水素や二重水素といった水素の重い同位体が理想的と言われる。

融合のタイプによっては融合の結果放出されるエネルギー量が多いことから水素爆弾などの大量破壊兵器に用いられる。また核融合炉によるエネルギー利用も研究されている。

核分裂反応に比べて、反応を起こすために必要な温度・圧力が高いため技術的ハードルが高く、現在のところ、水素爆弾は核分裂反応を利用して起爆する必要があり、核融合炉は高温高圧の反応プラズマを封じ込める技術開発が困難を極めている。