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IFEフォーラム - レーザー技術総合研究所
IFEフォーラム レーザー核融合技術振興会 2004.9.10 No 2004年6月4日に開催された 第13回レーザー核融合 技術振興会総会 挨拶をする 江上会長 IFEフォーラム IFEフォーラム 第13回 レーザー核融合 技術振興会総会報告 大阪大学レーザーエネルギー学研究センター 畦地 宏 開発委員会（仮）に関しては、これを立ち上げるべく 、 産業応用、宇宙応用などとの共通性を探りながら活動 を行うこと。また、レーザー核融合研究に関連した主 要国際会議に研究者を派遣し、世界における研究開発 の動向、および現状の調査を行うこと。さらに、関連 する研究会や会議の協賛及び支援、そして講演会開催 等を通じ、IFEフォーラムの広報活動を行うこと。 続いて、神前幹事より、レーザー核融合エネルギー開 平成1６年６月４日午後、千里ライフサイエンスセ 発のロードマップと炉設計委員会の計画について報告 ンターにて標記総会が開催された。議事に先立ち、江 された。次に、井澤顧問より、レーザーエネルギー学 上一成会長（NEC）より、昨年の文部科学省の核融合 研究センターの新体制と今後の活動計画について報告 ワーキンググループの答申でレーザー核融合がトカマ があった。 ク、ヘリカルと並んで我が国の重点化の柱に位置づけ 総会に引き続いて、特別講演会が約60名の参加者を られたことが改めて報告され、まさにIFEフォーラム 得て開催された。第一番目の講演は植田憲一氏（電気 の10余年に渡る活動の結果として、大阪大学の高速点 通信大学レーザー新世代研究センター長）による「セ 火実証計画FIREXの第1期の推進につながったことが ラミックYAGレーザーとレーザー核融合」 、第二番目 示された。今後レーザー核融合をエネルギー開発研究 の講演は萩行正憲氏（大阪大学 超伝導フォトニクス にステップアップし実験炉につなげるためには、 研究センター教授）による「レーザー励起によるテラ FIREX第2期を立ち上げる必要があり、そのためにも ヘルツ波の発生と応用」という題目で講演があり、聴 現在活動中のレーザー核融合炉設計委員会とあわせて 衆の強い関心を呼んだ。総会および講演会は、会場満 大出力レーザー開発委員会（仮）を立ち上げ、新プロ 員の出席を得て滞りなく終了し、その後、懇親会が同 ジェクトの条件を作っていくことが肝要であることが 会場で開催された。 示された。 議事内容として、最初に、副幹事長より、平成 IFE フォーラム 15年度事業報告（年間活動内容と決算）ならびに 平成16年度事業計画（案） （年間活動内容と予算） が示され、以下のような活動内容が承認された。 まず、レーザー核融合炉設計委員会は月1回の頻 度で開催し、重要課題を具体的に検討評価し、整 合性のある概念設計を行うこと。大出力レーザー IFEフォーラム ・2・ IFEフォーラム 「レーザー核融合炉設計委員会」の 立ち上げと活動方針 大阪大学レーザーエネルギー学研究センター 神前 康次 「レーザー核融合エネルギー開発ロードマップワ ザーの設計に関しては、産官学の核融合炉関連研究 ーキング委員会」の検討を踏まえ、具体的なレーザ 機関、レーザー技術関連企業の専門家の協力の下で ー核融合炉の概念設計を行うための委員会を発足さ 検討する。 せるに至った。発足に当たり、本委員会の目的と今 炉設計委員会は、設計の基本方針と全体の評価を 後の活動計画について紹介する。 行う設計評価委員会、および、具体的な設計作業を 行う５つのワーキンググループ（以下ＷＧ） 、炉心 １．炉設計委員会の目的 ＷＧ、レーザーＷＧ、ターゲットＷＧ、炉システム ＷＧ、炉設計合同ＷＧから構成される。概念設計お 高速点火方式によるレーザー核融合発電プラント よび設計評価は、ロードマップ委員会の高速点火レ の概念設計を行い、レーザー核融合炉が成立する可 ーザー核融合発電プラントの基本仕様の検討に基づ 能性を示し、FIREX-II計画、および実験炉に向け いて、１年余りの期間で行う予定である。設計報告 た技術開発と設計研究の推進に資することを目的と 書は、2004年度末にまとめ、FIREX-II、およびレ する。本委員会の狙いとして以下を掲げる。 ーザー核融合実験炉の計画推進に資する。 ・高速点火方式による整合性のあるレーザー核融合 レーザー核融合炉の設計作業においては、主要要 発電プラントの概念設計および、開発目標として 素の独立性は高いが、それぞれの装置の仕様設定が 合理的で標準的な炉概念の提案。 密接に関係しているため、全体の基本仕様の調整と ・レーザー核融合炉概念の基本的な成立性の確認、 相互のインターフェースの議論が重要となる。この 技術的な成立条件、経済性、安全性等の炉概念の ため、炉設計合同ＷＧを各ＷＧと合同で１回／月程 総合評価、重要技術課題の明確化。 度の割合で開催し、各ＷＧ間の設計調整作業を行い ながら概念設計を進める。 ２．設計作業の進め方 以上の炉設計委員会の運営は、ＩＦＥフォーラム および大阪大学レーザーエネルギー学研究センター レーザー核融合炉の主要構成要素である、炉心、 が共同で事務局を構成し、両組織の共催で設計作業 レーザー、ターゲット・燃料系、炉システムに関す を進める。 炉設計 るロードマップ委員会の検討成果に基づき、個別設 計課題の検討を行う。特に炉システムの設計、レー IFEフォーラム ・3・ IFEフォーラム 第5回 核融合エネルギー連合 講演会に出席して 疇地 宏 １．連合講演会はプラズマ・核融合学会と原子力学 るというものであった。 会の共催で２年に１度開催される。通常の学会と趣 ４．これに対しマスコミ代表として読売新聞の井川 が異なり。核融合エネルギー開発戦略等の議論が全 氏は「ITERが出来てもいないのにその次の装置を 面に出される。今年の連合講演会の主たる企画は、 議論することがなぜ出来るのか。それは科学なのか。 」 ・シンポジウム「ITER計画」 という基本的な疑問を呈した。 ・パネル討論「エネルギー戦略における核融合研究 ５．筆者は「科学の主要な役割は予測することだか の意義と将来計画」 ら、ITERが出来ていなくとも本来は次の段階の議 ・特別講演「４つの重点課題及び日米共同プロジェ 論はできるはずである。しかし自己組織化のような クトの課題と展望」 複雑系の物理が支配するトカマクプラズマでは、燃 ・シンポジウム「核融合共同研究の新たな展開」 焼が起きたときにどうなるかを、物理の第一原理か の４つで、最初のシンポジウムを除いたそれぞれに ら予測することが可能なのか不明である。 」と質した。 レーザー核融合からの講演があり、22件中、磁場10 ６．不確実性のある研究開発を成功させるには、ト 件、慣性３件、その他８件であった。主要企画だけ カマクという「主計画」に加えて、①原理が異なり 、 を考える限り、磁場と慣性の比率は米国物理学会の ②炉への見通しがあり、③比較的小規模な「副計画」 １対１、欧州の２対１に及ばないものの、あるべき を平行して進めることにより、主計画をバックアッ 比率に近づいていると思う。しかし一般講演では磁 プすることが必要であると主張した。核融合開発プ 場対慣性は８対１で大幅に低い比率であった［1］ 。 ロジェクトに①新しい発明・発見を取り入れ、②健 ２．主要企画の比率はレーザー核融合のポテンシャ 全な批判勢力を保つことができるはずである。 ルを示し、一般講演の比率が研究者の数と予算を反 ７．ITERシンポジウムでは原研の下村氏の話が印 映している。この２つの比率の乖離は縮める必要が 象的であった。初めての国際プロジェクトの組織を 、 ある。 ゼロから産み出す真摯な姿勢には、頭の下がる思い ３．さてパネル討論では、原研の菊池氏が発電実証 であった。さらに、新しい発明や発見をプロジェク プラントの開発戦略の紹介があった。発電実証プラ トに取り入れることができれば、学生や若い研究者 ントの段階では経済的な競争力も必要であるために 、 を魅了することになると思われる。 小さな磁場の圧力で大きな圧力のプラズマを閉じこ める高ベーターのマシーンにならなければならない 。 エネルギー連合 このために燃焼するITERと高ベーターのJT60改修 装置とのデーターを組み合わせて次期の見通しを得 ［1］一般講演324件中、磁場173件、EUV等の応用を 含めた慣性22件、 炉・材料その他129件。 IFEフォーラム ・4・ IFEフォーラム 欧州物理学会に出席して ［1］ 疇地 宏 英国は非常な物価高で、会議参加費７万円、バン IAEAと慣性核融合最大のIFSAの共同開催である 。 ケット8千円、宿は英国の古さと日本並の狭さであ 磁場慣性双方が協力して核融合エネルギー実現を目 ったにもかかわらず１泊２万円、と感覚的には日本 指すという意思表示は社会に対するインパクトが大 のほぼ２倍であった。道を行く車はベンツ、BMW 変大きいはずである。どちらの会議も規模、国際性 、 などの高級車ばかりであったことも併せて、英国経 開催頻度が類似しており緩やかな共同開催ができる 済はサッチャー革命の成果を享受しているように見 可能性はあるのではないか。これに関しては今年４ えた。 月にウィーンで開催されたIAEAのプログラム委員 木曜の講演後の時間を使って行われたビジネス会 会でリバモアの委員とともに提案したが、現委員長 、 議では、この会議の概要が示された。総発表数900 次期委員長ともに前向きの姿勢であった。現在 件の内、レーザープラズマ関連約230件、磁場核融 IFSA側の対応待ちである。 合約450件、その他ダストプラズマや宇宙プラズマ ３つめは各極内の会議の役割分担の明確化である 。 など約200件となっている。レーザーが磁場の約半 米国では異常吸収会議と物理学会の２つの会議があ 分であること、基礎プラズマ研究がレーザーと同等 り、前者がリラックスした雰囲気の中でアイディア の数であることなどが特徴で、磁場とレーザーの比 をふくらませる場、後者が公式な成果発表の場とな 率は米国の５−６年前の状況に相当している。ちな っている。欧州では従来からECLIM［4］と呼ばれる みに米国での現在の比率は１対１である。また欧州 小規模の会議が続けられていた。ビジネス会議では 物理学会の運営委員の半数以上はレーザー関連の研 それをどう扱うかが問題になり、議長は「どちらの 究者［2］が占めていることもあり、米国に引き続き 会議に出るかを決めるのは個々の研究者である」と 欧州でのレーザーの存在感が増大するものと思われ 突き放していたが、役割分担を明確にして補い合っ る。 て行くべきだろうと議長に伝えておいた。日本の状 この状況に対して３つの対応が必要であると思う 。 況はもっと複雑であるが少なくとも物理学会とプラ １つはアジア諸国間の協力である。米は既に10年前 ズマ・核融合学会の役割分担を明確化するように提 から５つの研究機関が群雄割拠する戦国時代から 案するべきであろう。 NIFを中心とする大同団結の時代に入っている。欧 次回2005年は古代ローマ遺跡で有名なスペインの 州は、これまでの研究者レベルの共同研究を実績に 、 タラゴーナ、2006年は本丸ローマとのことで、風光 また欧州統合という時代の精神を背景にレーザープ 明媚な場所に人を誘うビデオまで上映された。ちな ラズマの分野で欧州統合を果たそうとしているよう みに欧州が１つであった前例は2000年前のローマ帝 に見える。アジア特に日中韓での研究協力は大変重 国まで遡り、統合はback to the futureではないか 要な位置を占めるようになると思う ［3］ 。 と言うと賛成する人は多かった。 ２つめは、磁場核融合分野の最大の会議である さて会議の内容の第１印象はレーザー加速の研究 欧州物理学会 IFEフォーラム ・5・ IFEフォーラム が進んだことである。これまでレーザー加速といっ ・DTクライオ実験は再加速して2010年点火実証 てもエネルギーが低かったり、エネルギーがものす を宣言。 ごく広がっていたり、ほんの僅かの数の粒子が加速 ・１日何ショットできるかの問いに３ショットと されるのみであったのが、３つの研究機関から 答え会場から冷笑を浴びた。半導体レーザー励 100MeVのエネルギー、10%の広がり、10の９乗個 起固体レーザーの開発が進んでいることと併せ の電子の３点セットが出てきた。さらにレーザー加 て、NIFの研究はエネルギーに繋がるものであ 速のプレナリー講演をした南カリフォルニア大学は 、 ると答えるべきであった。 スタンフォード大学のSLACの加速器で航跡場加速 高速点火についての阪大の話は、基礎実験― により10cmの長さで4GeVの加速を実現したとの報 1keV加熱達成―FIREX―炉へのロードマップと話 告を行い、15年で従来の加速器を上回ると宣言した 。 が繋がっており大変良かった。国際的に協力しても 高エネルギー研のある研究者は個人的にではある らっているおかげで研究が進展したとの報告にはリ が、FIREXを核融合とレーザー加速の複数の目的 バモアは感謝の意を表明。ただし国際競争をどう展 をもったプロジェクトにしたらどうか、との考えを 開するかは今後焦点となるかもしれない。 披露してくれた。高エネルギー物理実験の最大の課 流体爆縮についての阪大の話は流体不安定理解− 題はヒッグス粒子の発見であるが、そのための加速 抑制−衝撃点火の流れで、新しいアイディアがちり 器はITERより高額になり、仮に認められるとして ばめられているという評価を得た。衝撃点火につい も非常に長期を要するので、レーザー加速は十分競 ては1000km/sへの高速加速と、金コーン表面をス 争できるだろうとのことであった。その戦略もまず ライドしていく燃料の粘性がポイントとなるだろう 。 は１ショットで必要な粒子エネルギーを実証し、高 会場からはIFEフォーラムが設定したロードマッ 繰り返しのレーザー加速器を建設するということな プが早すぎて信じ難いとの疑問が呈された。レーザ ので、レーザー核融合のロードマップと相性が良い 。 ー核融合では研究課題が独立していること（炉心、 基礎科学と産業応用を同時に推進する新しいスタイ レーザー、炉システムを並列に研究し後で統合する） ルのエネルギー開発戦略として検討の価値ありと思 および、モジュール開発の可能なこと（小出力のレ われる。 ーザーをたくさん組み合わせて大型レーザーとする） さて最後に慣性核融合主流について。リバモア研 により、大幅な加速ができることはもっと宣伝する のNIFの話は10年前の設計の大幅なロバスト化が成 必要がある。 ったというトーンで説得力があったと思う。 列記すれば ・フォーラムの中の輻射温度の向上により爆縮の 圧力を200Mbarまで向上。 ・昨年初めの４ビーム実績からの予測で、3ωで 2MJ、1ωで5MJは確実。 ・ターゲットへのドープ量を空間的に調整するこ とによりレイリーテイラー不安定性を安定化し た。その結果ターゲットに必要な表面精度は 600nmまで緩和された。 IFEフォーラム ・6・ IFEフォーラム 半導体リソグラフィー用 極端紫外線発生のための 高平均出力固体レーザー開発 乗松 孝好 大阪大学レーザーエネルギー学研究センター 椿本 孝治 次世代半導体リソグラフィー用光源として開発が 高平均出力レーザー装置の実現に向けて、パルスあ 進められている極短紫外（EUV）光源には、レーザ たりのエネルギーが１ジュール、パルス幅が数ナノ秒、 ープラズマ方式と放電プラズマ方式の２種類の方式 繰り返し5kHz、平均出力5kWのレーザー装置を開発 が検討されている。我々は、レーザープラズマ方式 目標に掲げている。発振器には、光ファイバーを用 で必要となるキロワットクラスの高平均出力固体レ いることで、安定な種レーザーの発生とコンパクト ーザー装置の研究を行っている。レーザープラズマ 化を実現している。一方で、増幅器には高い熱負荷 発生に必要なレーザーは、エネルギー数ジュール、 が予想されることから、レーザー媒質にはNd:YAG、 パルス幅数ナノ秒程度と見込まれており、さらに、 励起には半導体レーザーを用いる。主増幅器は、 リソグラフィー装置として、繰り返し5∼20kHzが必 Nd:YAGの飽和強度を考慮して、口径12mmのロッド 要とされている。キロワットクラスの固体レーザー 型を採用した。半導体レーザー励起固体ロッド増幅 装置としては、連続出力（CW）のものはすでに製品 器としては大口径であることから、添加物濃度、半 として流通している。しかし、これらのＣＷレーザ 導体レーザーのバンド幅、励起の光学配置などを計 ーは、ＥＵＶ光を発生させるための十分な輝度（数 算機シミュレーションで最適化し、均一な励起分布 10ギガワット／平方センチメートル）を有していない。 を達成できるようにしている。シミュレーションの キロワットクラスの高繰り返しパルスレーザーは、 結果をもとにして、主増幅器の試作モジュールを開 １パルスあたりの輝度を高くすることができるが、 発し、実験を開始した。試作モジュールは、平均出 その分、光学素子の光損傷をさけるために大口径化 力2.2kW、繰り返し2.5kHz、デューティ50%の半導体 することになる。このようなレーザー装置は、発振 レーザーを励起に用い、1.65倍の利得が得られている。 器のみで構成できないため、主発振器と多段の増幅 また、熱負荷試験も同時に行っており、現状では、 器からなるMOPA（Master Oscillator Power Amplifier） 理論熱破壊限界の55%での動作に成功している。今 方式が採用される。ただ、繰り返し周波数の逆数が、 後はさらに熱負荷をかけることを予定しており、高 レーザー媒質が持つ蛍光寿命の５倍以下になるよう 熱負荷での定常運転の可能性を探る。高熱負荷で安 な場合には十分な利得を得ることが困難になり、増 定動作が可能になれば、システム全長を短くでき、 幅器の台数が増加する。多数の光学素子、低い利得、 コンパクト化とコストダウンにつながる。試作モジ 高輝度という要素が相まって、発振器単体で構成可 ュールで得られたデータを元に、主増幅器モジュー 能なCWレーザーと比べて効率の低下は免れない。我々 ルの製作を行っている。主増幅器では、１台あたり は、電気−光変換効率10%を目標にし、回折限界の ∼3kWの連続励起を行い、利得1.4が得られる。最終 ２倍以内の集光性能と装置のコンパクト化を視野に 的には、８台の主増幅器により、5kW出力が可能に いれた開発を行っている。 なる。 レーザー開発 リソグラフィー装置に求められる、高繰り返し、 IFEフォーラム ・7・ IFEフォーラム 編集後記 暑い夏も終わり、 研究の秋がやってきました。行楽の秋でもありま すが…。それはさておき、 幹事会では、 今年度も会員企業の方向け に見学会を開催しようと考えております。皆様の多数の参加をお願 いいたします。 会員企業の皆様には日頃よりの支援に感謝いたしますとともに、 今 後とも宜しくお願い申し上げます。 編集委員 中塚正大（大阪大学）、川島崇利（関西電力） 乗松孝好（大阪大学）、近藤公伯（大阪大学） 椿本孝治（大阪大学） 連絡先 （財）レーザー技術総合研究所 〒550-0004 大阪市西区靱本町 1 8 4 大阪科学技術センタービル4F T E L （06）6443 6311 F A X （06）6443 6313 IFEフォーラム ・8・