レーザー核融合
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レーザー核融合 (Laser fusion) は非常に高い出力のレーザーの光を用いた核融合のこと。
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。
[編集] レーザー核融合の原理
球状の燃料ペレット（燃料球）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 (Deuterium)、Tは三重水素 (Tritium)、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。
[編集] 新しいレーザー核融合方式
レーザー核融合は燃料球の爆縮法により次のように分類される。
| レーザー照射方式 | 点火方式 |
|---|---|
| 直接照射 | 中心点火 |
| 高速点火 | |
| 間接照射 | 中心点火 |
直接照射（直接駆動とも呼ばれる）では燃料球に直接レーザーが照射され、間接照射（間接駆動やX線駆動とも呼ばれる）では燃料球にレーザーは直接照射されない。大阪大学やロチェスター大学では直接照射方式が、ローレンスリバモア国立研究所では間接照射方式が主に採用されている。
中心点火と高速点火の違いは、一度のレーザー照射による爆縮で点火に至るか否かによる。従来の中心点火方式では高い球対称爆縮が要求され、これがレーザー核融合開発の大きな障害となっていた。一方、一度爆縮された燃料球が慣性で静止している極めて短時間に（高速に）超高強度・超短パルスレーザーを照射することで、点火に至らしめることができることが比較的古くから考えられていた。これを高速点火方式と呼び、現在大阪大学でこの方式の研究が進められている。
近年高速点火方式が可能となった背景には、CPA（Chirped Pulse Amplification、チャープパルス増幅）技術の発明により生み出された超高強度・超短パルスレーザーの出現がある。超短パルスレーザーに高エネルギーを詰め込むことは従来不可能と言われてきたが、CPA技術により可能となった。1015W を超えるレーザー装置が大阪大学などで現実のものとなっている。高速点火方式の利点は、従来の中心点火方式と比較して、より小さなレーザー装置でより大きな利得（投入したエネルギー量と反応で得られるエネルギー量の比）が期待できることである。
このような大出力のレーザーの登場により、高強度場科学や高エネルギーレーザー科学と呼ばれるような新たな分野が開拓されようとしている。前述の超高強度・超短パルスレーザーを集光することで、その光強度は1018W/cm2 から 1021W/cm2におよぶ。このような高強度場はかつてないものであり、超新星などで起こる現象を実験室において模擬することのできる実験室宇宙物理やレーザー加速器のような分野を創生している。
