特許 5790992 サイドレーザ照射器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5790992

(24)【登録日】2015年8月14日

(45)【発行日】2015年10月7日

(54)【発明の名称】サイドレーザ照射器

(51)【国際特許分類】

   G21B 1/03 20060101AFI20150917BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20150917BHJP

【ＦＩ】

   G21B1/00 V

   H01S3/00 A

【請求項の数】5

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2011-118972(P2011-118972)

(22)【出願日】2011年5月27日

(65)【公開番号】特開2012-247294(P2012-247294A)

(43)【公開日】2012年12月13日

【審査請求日】2014年2月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100114591

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 英文

(74)【代理人】

【識別番号】100118407

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 尚美

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100125036

【弁理士】

【氏名又は名称】深川 英里

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100154298

【弁理士】

【氏名又は名称】角田 恭子

(74)【代理人】

【識別番号】100162330

【弁理士】

【氏名又は名称】広瀬 幹規

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(72)【発明者】

【氏名】石田 英伸

【審査官】 藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２５３７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８１３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０８１２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０９８２８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｂ １／０３

Ｈ０１Ｓ ３／００

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ核融合に用いられると共に核融合のための反応物質を有する長尺形状のターゲットの側方からレーザ光を照射するサイドレーザ照射機構を備えるサイドレーザ照射器において、
前記サイドレーザ照射機構が、
供給されるレーザ光の断面における幅方向の長さを拡大するように構成されるパルス幅増幅部と、
前記拡大されたレーザ光を前記幅方向に分割し、かつ該分割されたレーザ光のそれぞれを屈折させることによって前記分割されたレーザ光同士の間に光路差をもたらすように構成される分割及び屈折部と、
前記屈折されたレーザ光のそれぞれを前記幅方向の長さを縮小するように構成される縮小部と
を有し、
前記サイドレーザ照射機構が、複数の前記縮小されたレーザ光を前記ターゲットの側方から照射するように配置されている、サイドレーザ照射器。

【請求項2】

前記サイドレーザ照射機構が、互いに時間差を有する複数のパルスを含んだパルスレーザ光からレーザ光をパルス毎に取り出すように構成されるサイドレーザ取り出し部であって、該取り出したレーザ光を、前記サイドレーザ照射機構に供給するように構成されるサイドレーザ取り出し部をさらに有している、請求項１に記載のサイドレーザ照射器。

【請求項3】

前記パルスレーザ光の複数のパルス中で１番目のパルスのレーザ光を取り出すように構成されるレーザ取り出し部であって、該取り出したレーザ光を、前記ターゲットの反応物質に送られるイオンを生成するためにサブターゲットに照射するように構成されるレーザ取り出し部をさらに備え、
前記サイドレーザ取り出し部にて取り出したレーザ光が、前記パルスレーザ光の複数のパルス中で２番目以降のパルスのレーザ光となっている、請求項２に記載のサイドレーザ照射器。

【請求項4】

前記サイドレーザ照射機構が、前記縮小されたレーザ光の断面で前記幅方向に直交する厚さ方向を前記ターゲットの長手方向に対して直交させるように所定の角度で回転させる回転部をさらに有し、
前記回転部によって回転されたレーザ光が前記ターゲットの側方から照射されるように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のサイドレーザ照射器。

【請求項5】

前記所定の角度が９０度となっている、請求項４に記載のサイドレーザ照射器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、長尺形状のターゲットの側方からレーザ光を照射するサイドレーザ照射器に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光を利用することによって加工、測定、核融合等を実施するレーザ照射器には、複数のレーザ光を高分解能かつ高精度で対象物に照射する性能等が要求される場合がある。例えば、特許文献１には、フェムト秒単位の時間差でレーザ光を照射可能とするような分解能を有するレーザ照射器が開示されている。また、核融合においては、特に、このような性能を要求されることが多くなっている。

【0003】

核融合については、発電等に用いられるエネルギーの生成に関して化石燃料に依存しない技術として、開発が進められている。このような核融合技術では、高温かつ高圧のプラズマを発生させ、発生したプラズマを一箇所に留めている間に核融合反応を誘起している。核融合の方式の一つとして、高温かつ高圧のプラズマを一箇所に留めるために、プラズマ自体の慣性を利用する方式が存在する。このような方式は「慣性閉じ込め方式」と呼ばれている。

【0004】

慣性閉じ込め方式の核融合の一つでは、「ターゲット」と呼ばれる（又は、「ペレット」若しくは「ホーラム」と呼ばれる）部材に、高強度のレーザ光を照射することによって、爆縮（圧縮）を生じさせて、この爆縮によって高密度（すなわち、高温かつ高圧）のプラズマを生成して、このプラズマがターゲット内の一箇所に留まっている間に核融合反応を誘起している。このような核融合は「レーザ核融合」と呼ばれている。

【0005】

レーザ核融合に用いられるターゲットは、一般的に円筒形状又は球形状に形成されており、このようなターゲットの外周には表面層が設けられている。この表面層の外周表面に複数のレーザ光を均一に照射することによって、ターゲットを急激に加熱、爆発、及び放射化して、その結果、ターゲットの内部が、その固体密度に対して約１００倍〜１００００倍に爆縮されることとなる。

【0006】

このようなレーザ核融合の一例が、特許文献２に開示されている。特許文献２では、高強度のレーザ光を用いて高エネルギー粒子を発生させ、高エネルギー粒子をターゲットに照射し、ターゲットにて核融合反応を誘起している。

【0007】

また近年、レーザ核融合については、超高強度かつ超短パルスのレーザ光（ペタワットレーザ光）を利用した方式が開発されている。この方式は「高速点火方式」と呼ばれている。

【0008】

このような高速点火方式のレーザ核融合の一例が、特許文献３に開示されている。特許文献３では、ターゲットに、中空の球形状に形成された主燃料部が設けられており、さらに、ターゲットには、中空の円錐形状に形成された点火用燃料部が設けられている。点火用燃料部の先細りした先端と、先端に対向する基端とのそれぞれには、開口が形成されている。この点火用燃料部が、その先端を主燃料部に挿入し、かつ主燃料部の中心に接近した状態で、主燃料部に取付けられている。主燃料部には、その中空部分の周囲に核融合燃料層が設けられ、さらに、この核融合燃料層の外周表面上に第１アブレータ層が設けられている。点火用燃料部の基端の開口を塞ぐように点火用燃料層が設けられ、かつ点火用燃料層の外周表面上に第２アブレータ層が設けられている。このようなターゲットにおいて、主燃料部の外周表面にペタワットレーザ光を照射することによって主燃料層を圧縮しており、さらに、点火用燃料部の基端の開口に別のペタワットレーザ光を照射することによって、点火用燃料層を、加速するとともに圧縮された主燃料層に衝突させている。その結果、エネルギーが生成されることとなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第３７９６５８５号公報

【特許文献2】特開２００２−１０７４９４号公報

【特許文献3】特開２００５−２４１４６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、特許文献１のレーザ照射器は、複数のレーザ光を、さらに短いフェムト秒〜ピコ秒単位の時間差を有するように、高分解能かつ高精度で照射することはできない。特に、レーザ核融合で用いられるようなフェムト秒〜ピコ秒単位の高速で移動する複数のレーザ光同士を、高分解能かつ高精度で照射可能とするレーザ照射器は、従来存在していなかった。

【0011】

また、レーザ核融合についても、特許文献２及び特許文献３に示されるような従来の技術では、発電のように多くのエネルギーを連続的に供給する必要性に応じて、効率的にエネルギーを生成することが達成できていない。また、レーザ核融合では、密度の異なる流体間の境界に生じる凹凸によって発生する擾乱に起因して、流体の運動が不安定となる現象が発生する。このような現象は「レイリー・テイラーの不安定性」と呼ばれている。このような「レイリー・テイラーの不安定性」の影響のために、従来のレーザ核融合技術では、ターゲットの内部を効率的かつ均一に断熱かつ圧縮することが難しくなっており、このことを克服することが大きな課題となっている。そこで、このような課題を避けて、従来のレーザ核融合の手法とは異なる新たなレーザ核融合の手法を提案することもまた望まれている。

【0012】

本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数のレーザ光を高分解能かつ高精度でターゲットに照射可能とする性能を有するサイドレーザ照射器を提供し、さらには、このような性能に基づいて、効率的にエネルギーを生成可能とすべく提案される新たなレーザ核融合に用いられるサイドレーザ照射器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

課題を解決するために、本発明のサイドレーザ照射器は、レーザ核融合に用いられると共に核融合のための反応物質を有する長尺形状のターゲットの側方からレーザ光を照射するサイドレーザ照射機構を備えるサイドレーザ照射器において、前記サイドレーザ照射機構が、供給されるレーザ光の断面における幅方向の長さを拡大するように構成されるパルス幅増幅部と、前記拡大されたレーザ光を前記幅方向に分割し、かつ該分割されたレーザ光のそれぞれを屈折させることによって前記分割されたレーザ光同士の間に光路差をもたらすように構成される分割及び屈折部と、前記屈折されたレーザ光のそれぞれを前記幅方向の長さを縮小するように構成される縮小部とを有し、前記サイドレーザ照射機構が、複数の前記縮小されたレーザ光を前記ターゲットの側方から照射するように配置されている。

【0015】

本発明のサイドレーザ照射器では、前記サイドレーザ照射機構が、互いに時間差を有する複数のパルスを含んだパルスレーザ光からレーザ光をパルス毎に取り出すように構成されるサイドレーザ取り出し部であって、該取り出したレーザ光を、前記サイドレーザ照射機構に供給するように構成されるサイドレーザ取り出し部をさらに有している。

【0016】

本発明のサイドレーザ照射器は、前記パルスレーザ光の複数のパルス中で１番目のパルスのレーザ光を取り出すように構成されるレーザ取り出し部であって、該取り出したレーザ光を、前記ターゲットの反応物質に送られるイオンを生成するためにサブターゲットに照射するように構成されるレーザ取り出し部をさらに備え、前記サイドレーザ取り出し部にて取り出したレーザ光が、前記パルスレーザ光の複数のパルス中で２番目以降のパルスのレーザ光となっている。

【0017】

本発明のサイドレーザ照射器では、前記サイドレーザ照射機構が、前記縮小されたレーザ光の断面で前記幅方向に直交する厚さ方向を前記対象物の長手方向に対して直交させるように所定の角度で回転させる回転部をさらに有し、前記回転部によって回転されたレーザ光が前記対象物の側方から照射されるように構成されている。

【0018】

本発明のサイドレーザ照射器では、前記所定の角度が９０度となっている。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明のサイドレーザ照射器は、レーザ核融合に用いられると共に核融合のための反応物質を有する長尺形状のターゲットの側方からレーザ光を照射するサイドレーザ照射機構を備えるサイドレーザ照射器において、前記サイドレーザ照射機構が、供給されるレーザ光の断面における幅方向の長さを拡大するように構成されるパルス幅増幅部と、前記拡大されたレーザ光を前記幅方向に分割し、かつ該分割されたレーザ光のそれぞれを屈折させることによって前記分割されたレーザ光同士の間に光路差をもたらすように構成される分割及び屈折部と、前記屈折されたレーザ光のそれぞれを前記幅方向の長さを縮小するように構成される縮小部とを有し、前記サイドレーザ照射機構が、複数の前記縮小されたレーザ光を前記ターゲットの側方から照射するように配置されている。
そのため、レーザ光の幅方向の長さを拡大することによって、レーザ光が幅方向に容易に分割され、さらに、この分割されたレーザ光同士の間に光路差がもたらされるので、分割された状態のレーザ光のそれぞれを、フェムト秒〜ピコ秒単位の時間差を有するように、高分解能、かつ高精度で前記ターゲットの側方から照射できる。

【0020】

かかるサイドレーザ照射器について、前記ターゲットにおける長手方向の一端から核融合燃料のイオンを注入することによって、前記ターゲットの一端から前記他端に向かって前記ターゲットの反応物質に送られる前記イオンに同期するように、前記複数の縮小されたレーザ光を順次照射する場合には、前記ターゲットの側方からのレーザ光によって前記ターゲットの反応物質にはさらなるイオンが加えられ、さらに、前記ターゲットの反応物質では、前記レーザ光の照射によって電子が移動する一方でイオンが残されることとなる。その結果、前記ターゲットの反応物質に電場が形成されること等によって、イオンが加速されることとなり、核融合反応が、前記ターゲットの一端側の反応物質部分から他端側の反応物質部分に向かって増幅するとともに連続して発生することとなる。
また、このような核融合においては、従来のレーザ核融合とは異なり、ターゲット内にてイオンを効率的に生成かつ均一な方向に加速させることが重要となる。特に、前記ターゲットが平面状の複数の反応物質部分を有する場合、前記ターゲットの反応物質部分にてイオンを加速させる電場等の方向は、反応物質部分の平面に対して垂直になる傾向がある。そこで、イオンの加速方向に一致するターゲットの長手方向に対して、複数の反応物質部分の平面を垂直に配置すれば、反応物質部分にて電場等により加速されたイオンが、前記ターゲットの他端側で隣接する反応物質部分に効率的に送られることとなる。従って、ターゲットの内部を効率的かつ均一に断熱かつ圧縮するという従来のレーザ核融合の課題を避けて、前記ターゲット内にてイオンを効率的に生成かつ均一な方向に加速させることによって、効率的にエネルギーを生成できる。
このようなレーザ核融合に用いられる本発明のサイドレーザ照射器では、レーザ光の幅方向の長さを拡大することによって、レーザ光が幅方向に容易に分割され、さらに、この分割されたレーザ光同士の間に光路差がもたらされるので、分割された状態のレーザ光のそれぞれを、時間差で前記ターゲットに容易に照射できる。そのため、前記ターゲットの一端から他端に向かうイオンの移動に同期するように、前記ターゲットの側方からレーザ光を連続的に照射することが確実にでき、効率的に核融合反応を発生させることができる。

【0021】

本発明のサイドレーザ照射器では、前記サイドレーザ照射機構が、互いに時間差を有する複数のパルスを含んだパルスレーザ光からレーザ光をパルス毎に取り出すように構成されるサイドレーザ取り出し部であって、該取り出したレーザ光を、前記サイドレーザ照射機構に供給するように構成されるサイドレーザ取り出し部をさらに有しているので、前記ターゲットの一端から他端に向かうイオンの移動に対してパルスの時間差を利用して正確に同期するように、前記ターゲットの側方からレーザ光をさらに連続的に照射することができ、効率的に核融合反応を発生させることができる。

【0022】

本発明のサイドレーザ照射器は、前記パルスレーザ光の複数のパルス中で１番目のパルスのレーザ光を取り出すように構成されるレーザ取り出し部であって、該取り出したレーザ光を、前記ターゲットの反応物質に送られるイオンを生成するためにサブターゲットに照射するように構成されるレーザ取り出し部をさらに備え、前記サイドレーザ取り出し部にて取り出したレーザ光が、前記パルスレーザ光の複数のパルス中で２番目以降のパルスのレーザ光となっているので、前記ターゲットの一端から他端に向かうイオンの注入タイミング及びこのようなイオンの移動にさらに正確に同期するように、前記ターゲットの側方からのレーザ光を連続的に照射することができ、さらには、効率的に核融合反応を発生させることができる。

【0023】

本発明のサイドレーザ照射器では、前記サイドレーザ照射機構が、前記縮小されたレーザ光の断面で前記幅方向に直交する厚さ方向を前記対象物の長手方向に対して直交させるように所定の角度で回転させる回転部をさらに有し、前記回転部によって回転されたレーザ光が前記対象物の側方から照射されるように構成されている。
また、前記所定の角度が９０度となっている。
そのため、分割された状態のレーザ光のそれぞれを、さらに高分解能、かつ高精度で前記対象物の側方から照射できる。特に、前記ターゲットの一端から他端に向かうイオンの移動方向に沿って、分割されたレーザ光が時間差で正確に照射されて、前記ターゲットの側方からのレーザ光を、イオンの移動に対してさらに正確に同期させることができ、さらに効率的に核融合反応を発生させることができる。また、前記回転部により回転される前のレーザ光については、拡大される幅方向が前記ターゲットの長手方向に直交するので、このような複数のレーザ光の照射に用いられる複数の機構を互いに接近して配置できる。よって、サイドレーザ照射器が小型化可能となり、さらには、効率的に核融合反応を発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施形態に係るサイドレーザ照射器を有するレーザ核融合装置の模式図である。

【図2】図１のレーザ核融合装置のレーザ照射に関する構成のブロック図である。

【図3】図１のレーザ核融合装置に用いられるターゲットの側面図である。

【図4】（ａ）図１のレーザ核融合装置において、レーザ発振器から送られるパルスレーザ光の波形を概略的に示す図である。（ｂ）図４（ａ）のパルスレーザ光から１つのパルスを取り出すことによって得られたパルスレーザ光の波形を概略的に示す図である。

【図5】本発明の実施形態に係るサイドレーザ照射器を有するレーザ核融合装置において、パルス電圧発生器から送られるパルス電圧の波形を概略的に示す図である。

【図6】図２に示した調整領域の構成のブロック図である。

【図7】図６のミラーパスランパの構成を示す模式図である。

【図8】（ａ）図６のアンプによって強度を増幅したパルスレーザ光の断面を概略的に示す図である。（ｂ）図６のエキスパンダによって断面の幅を拡大したパルスレーザ光の断面を概略的に示す図である。（ｃ）図６の縮小モジュールによって断面の幅を縮小したパルスレーザ光の断面を概略的に示す図である。（ｄ）図６の回転モジュールによって断面の方向を回転させたパルスレーザ光の断面を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明の実施形態に係るサイドレーザ照射器を有するレーザ核融合装置について説明する。
図１を参照すると、レーザ核融合装置１は、長尺形状のターゲット２を備えている。レーザ核融合装置１はサブターゲット３を有しており、このサブターゲット３は、イオンの束であるイオンバンチＢを、ターゲット２の長手方向の一端（以下、「入射端」という）２ａに送ることができるように構成されている。このイオンバンチＢのイオン（以下、「シードイオン」という）は、レーザ照射器４から照射されるパルスレーザ光Ｌをサブターゲット３に照射することによって生成される。レーザ核融合装置１は第１のサイドレーザ照射器５、及び第２のサイドレーザ照射器６を有しており、第１のサイドレーザ照射器５、及び第２のサイドレーザ照射器６は、それぞれパルスレーザ光Ｍ，Ｎをターゲット２の側方から照射可能とするように構成されている。レーザ核融合装置１は発電器７を有しており、この発電器７は、ターゲット２の入射端２ａに対向する他端（以下、「出射端」という）２ｂから供給されるエネルギーを電力に変換可能とするように構成されている。レーザ核融合装置１は電圧印加器８を有しており、この電圧印加器８はターゲット２に接続されている。レーザ核融合装置１は、内部を真空にできる真空容器９を備えている。この真空容器９の内部に、ターゲット２と、サブターゲット３と、発電機７とが配置されている。レーザ照射器４と、第１のサイドレーザ照射器５と、第２のサイドレーザ照射器６と、電圧印加器８とは、制御器１０に接続されている。制御器１０は、レーザ照射器４と、第１のサイドレーザ照射器５と、第２のサイドレーザ照射器６と、電圧印加器８とを制御可能に構成されている。

【0026】

図２を参照すると、レーザ核融合装置１はレーザ発振器１１を有しており、このレーザ発振器１１は、パルスレーザ光Ｐを第１のサイドレーザ照射器５と、第２のサイドレーザ照射器６とに供給可能とするように構成されている。さらに、レーザ核融合装置１はパルス電圧発生器１２を有している。なお、特に図示しないが、レーザ発振器１１及びパルス電圧発生器１２もまた、制御器１０に接続されている。

【0027】

ターゲット２について、図１〜図３を参照して説明する。
図２を参照すると、ターゲット２は複数の反応部２１を有しており、これらの反応部２１は、核融合燃料となる反応物質により構成されている。核融合がＤＴ反応系である場合、反応部２１の反応物質は重水素、三重水素、又は重水素及び／若しくは三重水素を構成元素として含む炭化水素の分子若しくは高分子（例えば、ＣｘＤｙ、ＣｘＴｙ）等であるとよく、核融合がｐＢ反応系である場合、反応部２１の反応物質は固体のデカボラン（Ｂ_１０Ｈ_１４）となっているとよい。このような複数の反応部２１は、ターゲット２の長手方向に並んで配置されている。図３を参照すると、ターゲット２の長手方向の中間部２ｃより入射端２ａ側の領域（以下、「入射側領域」という）２ｄでは、ターゲット２の長手方向に直交する各反応部２１の横断面の面積が、互いに等しくなっている。一方で、ターゲット２の中間部２ｃより出射端２ｂ側の領域（以下、「出射側領域」という）２ｅでは、ターゲット２の長手方向に直交する各反応部２１の横断面の面積が、ターゲット２の中間部２ｃから出射端２ｂに向かうに連れて増加している。また、特に図示はしないが、各反応部２１には、電圧印加器８によって別々に電圧が印加されるように構成されている。このような電圧の印加によって、各反応部２１には電界が発生することとなり、この電界によって、正の電荷を有するシードイオンに対して、反応部２１の外周から中心に向かう力が作用することとなる。さらに、図１に示すように、ターゲット２の入射側領域２ｄには、第１のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｍと、第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｎとが照射される。

【0028】

サブターゲット３について、図１及び図２を参照して説明する。
ターゲット２の入射端２ａ側に配置されたサブターゲット３は、ターゲット２と同じ種類の反応物質から構成されている。また、サブターゲット３は、略半球面薄膜状に形成されており、ターゲット２の出射端２ｂから入射端２ａに向かう方向に突出するように湾曲している。また、特に図示はしないが、サブターゲット３は、ターゲット２の横断面中心を通ってターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かって長手方向に延びる中心軸２ｆ上に配置されている。

【0029】

レーザ照射器４、第１のサイドレーザ照射器５、第２のサイドレーザ照射器６、レーザ発振器１１、及びパルス電圧発生器１２について、図１、図２、及び図４〜図６を参照して説明する。
図２を参照すると、レーザ照射器４はポッケルスセル４１を有しており、ポッケルスセル４１は、レーザ発振器１１により供給されるパルスレーザ光Ｐから、１つのパルスを含むパルスレーザ光Ｌ１を取り出すレーザ取り出し部として構成されている。図４（ａ）を参照すると、レーザ発振器１１から供給されるパルスレーザ光Ｐは、周期Ｔ１（周波数ｆ１）で励起された複数のパルスを含んでいる。一例として、パルスレーザ光Ｐは、ＴＷ（テラワット）単位の出力レベルを有するピコ秒レーザ光又はフェムト秒レーザ光であると好ましい。再び図２を参照すると、レーザ照射器４はパルスストレッチャ４２を有しており、パルスストレッチャ４２は、ポッケルスセル４１により取り出されたパルスレーザ光Ｌ１のパルス幅を増幅するパルス幅増幅部として構成されている。レーザ照射器４はアンプ４３を有しており、このアンプ４３は、パルスストレッチャ４２によりパルス幅を増幅したパルスレーザ光Ｌ２の強度を増幅させるレーザ増幅部として構成されている。レーザ照射器４はパルスコンプレッサ４４を有しており、このパルスコンプレッサ４４は、アンプ４３により強度を増幅させたパルスレーザ光Ｌ３のパルス幅を圧縮するパルス幅圧縮部として構成されている。レーザ照射器４は集光ミラー４５を有しており、この集光ミラー４５は、パルスコンプレッサ４４によりパルス幅を縮小したパルスレーザ光Ｌ４を集光する集光部として構成されている。このような集光ミラー４５により集光されたパルスレーザ光Ｌが、サブターゲット３に照射されることとなる。

【0030】

図２を参照すると、第１のサイドレーザ照射器５は、複数のサイドレーザ照射機構５０を有している。サイドレーザ照射機構５０は、それぞれターゲット２の複数の反応部２１にパルスレーザ光を照射可能とするように、ターゲット２の長手方向に並んで配置されている。なお、本発明の実施形態では、２５個のサイドレーザ照射機構５０が設けられており、特に、図２では、２５個のサイドレーザ照射機構５０の内でターゲット２の出射端２ａから１番目、２番目、及び２５番目に配置された３個のサイドレーザ照射機構５０が示されている。なお、第２のサイドレーザ照射器６は第１のサイドレーザ照射器５と同様に構成されているので、第２のサイドレーザ照射器６に関する説明は省略する。

【0031】

図２を参照すると、サイドレーザ照射機構５０はポッケルスセル５１を有しており、このポッケルスセル５１は、レーザ発振器１１により供給されるパルスレーザ光Ｐから、１つのパルスを含むパルスレーザ光Ｍ１（図４（ｂ）を参照）を取り出すサイドレーザ取り出し部として構成されている。このポッケルスセル５１には電圧増幅器５１ａが設けられている。各電圧増幅器５１ａは、パルス電圧発生器１２に接続されている。パルス電圧発生器１２は、周期Ｔ２（周波数ｆ２）で励起された複数の矩形パルスを含む矩形パルス波（図５を参照）に基づいて、電圧を発生させることができるように構成されている。サイドレーザ照射機構５０は調整領域５０ａを有しており、この調整領域５０ａは、ポッケルスセル５１により取り出されたパルスレーザ光Ｍ１を、ターゲット２に照射するために調整する構成となっている。

【0032】

調整領域５０ａの詳細について、図６、図７、及び図８（ａ）〜図８（ｄ）を参照して説明する。図６を参照すると、調整領域５０ａはパルスストレッチャ５２を有しており、このパルスストレッチャ５２は、ポッケルスセル５１により取り出されたパルスレーザ光Ｍ１のパルス幅を増幅するパルス幅増幅部として構成されている。調整領域５０ａはアンプ５３を有しており、このアンプ５３は、パルスストレッチャ５２によりパルス幅を増幅したパルスレーザ光Ｍ２の強度を増幅させるレーザ増幅部として構成されている。調整領域５０ａはエキスパンダ５４を有しており、このエキスパンダ５４は、アンプ５３により強度を増幅させたパルスレーザ光Ｍ３の断面一方向（以下、「幅方向」という）の幅ｗ１（図８（ａ）を参照）を拡大する拡大部として構成されている。調整領域５０ａはミラーパスランパ５５を有している。図７を参照すると、ミラーパスランパ５５は、エキスパンダ５４により幅を増加されたパルスレーザ光Ｍ４を幅方向にｉ分割（ｉ＝２，３，・・・）し、かつ分割されたパルスレーザ光同士の間に屈折させることによって光路差Ｄ（＝１／２Ｄ×２）をもたらす分割及び屈折部として構成されている。

【0033】

再び図６を参照すると、調整領域５０ａは縮小モジュール５６を有しており、この縮小モジュール５６は、ミラーパスランパ５５により分割かつ屈折された複数のパルスレーザ光ｍ５（以下、「分割レーザ光」という）を有するパルスレーザ光Ｍ５について、その幅ｗ２（図８（ｂ）を参照）を縮小する縮小部として構成されている。調整領域５０ａは回転モジュール５７を有しており、この回転モジュール５７は、縮小モジュール５６により縮小された複数の分割レーザ光ｍ６を有するパルスレーザ光Ｍ６について、その幅方向に直交する断面の厚さ方向を、ターゲット２の長手方向に対して角度ｚ１で回転させる回転部として構成されている。一例として、角度ｚ１は、パルスレーザ光Ｍ６の厚さ方向をターゲット２に直交させるように設定されるとよく、詳細には、角度ｚ１は９０度であると好ましい。調整領域５０ａはパルスコンプレッサ５８を有しており、このパルスコンプレッサ５８は、回転モジュール５７により回転した複数の分割レーザ光ｍ７を有するパルスレーザ光Ｍ７について、そのパルス幅を縮小するパルス幅圧縮部として構成されている。調整領域５０ａは集光ミラー５９を有しており、この集光ミラー５９は、パルスコンプレッサ５８によりパルス幅を増幅した複数の分割レーザ光ｍ８を有するパルスレーザ光Ｍ８を集光する集光部として構成されている。このような集光ミラー５９により集光されたパルスレーザ光Ｍが、ターゲット２に照射されることとなる。

【0034】

ここで、ミラーパスランパ５５の詳細な構成について、図７を参照して説明する。
ミラーパスランパ５５は複数のミラーを有している。図７では、一例として、ミラーパスランパ５５が４つのミラー５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄを有している場合について説明する。４つのミラー５５ａ〜５５ｄは等間隔に配置されており、ミラー５５ａ〜５５ｄの反射面は同一方向を向き、かつ互いに平行となっている。ミラー５５ａ〜５５ｄの反射面は、入射されるパルスレーザ光Ｍ４に対して角度ｚ２とするように配置されている。このようなミラーパスランパ５５に入射したパルスレーザ光Ｍ４は、ミラー５５ａ〜５５ｄによって、４つの分割レーザ光ｍ５に分割されるとともに角度２×ｚ２で屈折することとなる。

【0035】

発電器７について、図１を参照して説明する。
ターゲット２の出射端２ａ側に配置された発電器７は、ターゲット２の中心軸２ｆ上に配置されている。発電器７は、ターゲット２の出射端２ｂから供給されるイオンバンチＢのエネルギーを電力に変換可能とするように構成されている。

【0036】

電圧印加器８について、図１を参照して説明する。
電圧印加器８は、ターゲット２に接続されており、ターゲット２の各反応部２１に別々に電圧を印加できる。そのため、各反応部２１に別々に電界が生じることとなる。

【0037】

制御器１０について、図１を参照して説明する。
制御器１０は、レーザ照射器４によるパルスレーザ光Ｌの照射と、第１のサイドレーザ照射器５による分割レーザ光ｍを含むパルスレーザ光Ｍの照射と、第２のサイドレーザ照射器６によるパルスレーザ光Ｎの照射と、電圧印加器８によるターゲット２の反応部２１への電圧印加とを同期させるような制御が可能となっている。

【0038】

本発明の実施形態のレーザ核融合装置１におけるレーザ核融合の動作について、図１を参照して説明する。なお、レーザ照射器４、第１のサイドレーザ照射器５、第２のサイドレーザ照射器６、レーザ発振器１１、及びパルス電圧発生器１２の詳細な動作については後述する。
制御器１０の制御によって、レーザ照射器４からのパルスレーザ光Ｌをサブターゲット３に照射して、サブターゲット３によってシードイオンを生成する。生成されたシードイオンの束であるイオンバンチＢが、ターゲット２の入射端２ａに送られる。入射端２ａに送られたイオンバンチＢは、ターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かって順次各反応部２１に送られる。シードイオンのイオンバンチＢが反応部２１に到達する前に、制御器１０の制御によって、この反応部２１に第１のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｍを照射し、さらに、イオンバンチＢが反応部２１に到達すると同時に、制御器１０の制御によって、この反応部２１に第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｎを照射し、かつこの反応部２１に電圧印加器８により電圧を印加する。このような第１のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｍ、及び第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｎを、ターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かって順次各反応部２１に照射する。また、電圧印加器８によって、ターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かって順次反応部２１に電圧を印加する。その後、ターゲット２を通過してターゲット２の出射端２ｂから送られるイオンバンチＢのエネルギーを、発電器７によって電力に変換する。

【0039】

ここで、レーザ発振器１１の詳細な動作について、図２を参照して説明する。なお。第２サイドレーザ照射器６の詳細な動作については、第１のサイドレーザ照射器５と同様であるので、省略する。
制御器１０に制御されたレーザ発振器１１によって、周期ｔ１（周波数ｆ１）で励起された複数のパルスを含むパルスレーザ光Ｐ（図４（ａ）を参照）を発振し、このパルスレーザ光Ｐをレーザ照射器４に供給する。その後、パルスレーザ光Ｐを第１のサイドレーザ照射器５に供給する。第１のサイドレーザ照射器５では、パルスレーザ光Ｐを、ターゲット２の入射端２ａのサイドレーザ照射機構５０から出射端２ｂのサイドレーザ照射機構５０に向かって順次供給する。特に図示はしないが、第２のサイドレーザ照射器６でもまた、パルスレーザ光Ｐを、ターゲット２の入射端２ａのサイドレーザ照射機構から出射端２ｂのサイドレーザ照射機構に向かって順次供給する。

【0040】

レーザ照射器４の詳細な動作について、図２を参照して説明する。
レーザ照射器４のポッケルスセル４１が、供給されたパルスレーザ光Ｐの複数のパルスの内１番目のパルスに相当するパルスレーザ光Ｌ１を取り出す。パルスストレッチャ４２が、この取り出したパルスレーザ光Ｌ１のパルス幅を増幅する。アンプ４３が、パルス幅を増幅したパルスレーザ光Ｌ２の強度を増幅する。パルスコンプレッサ４４が、強度を増幅したパルスレーザ光Ｌ３のパルス幅を圧縮する。集光ミラー４５が、パルス幅を圧縮したパルスレーザ光Ｌ４を集光して、集光されたパルスレーザ光Ｌ５がサブターゲット３に照射される。

【0041】

第１のサイドレーザ照射器５の詳細な動作について、図２、図６、及び図７を参照して説明する。
図２を参照すると、第１のサイドレーザ照射器５における最もターゲット２の入射端２ａ側に配置されたサイドレーザ照射機構５０において、ポッケルスセル５１が、供給されたパルスレーザ光Ｐの複数のパルスの内２番目のパルスに相当するパルスレーザ光Ｍ１を取り出す。続けて、最もターゲット２の入射端２ａを基準として２番目に配置されたサイドレーザ照射機構５０において、ポッケルスセル５１が、供給されたパルスレーザ光Ｐの複数のパルスの内３番目のパルスに相当するパルスレーザ光Ｍ１を取り出す。さらに、ターゲットの入射端２ａを基準として３番目〜２５番目に配置されたサイドレーザ照射機構５０において、ポッケルスセル５１が、それぞれ供給されたパルスレーザ光Ｐの複数のパルスの内４番目〜２６番目のパルスを順次取り出す。

【0042】

ここで、各ポッケルスセル５１にて順次パルスレーザ光Ｍ１を取り出す際には、制御器１０に制御されたパルス電圧発生器１２によって、周期ｔ２（周波数ｆ２）で励起された複数の矩形パルスを含む矩形パルス波（図５を参照）を各ポッケルスセル５１の電圧増幅器５１ａに印加する。各ポッケルスセル５１の電圧増幅器５１ａでは、各ポッケルスセル５１のパルスレーザ光Ｍ１を取り出すタイミングに一致する矩形パルス波の矩形パルスの電圧を増幅する。これによって、ターゲット２の入射端２ａを基準として１番目〜２５番目のサイドレーザ照射機構５０において、ポッケルスセル５１によって、供給されたパルスレーザ光Ｐの複数のパルスの内２番目〜２６番目のパルスが順次取り出されることとなる。

【0043】

さらに、図６〜図８を参照して、サイドレーザ照射機構５０の調整領域５０ａの動作について、ターゲット２の入射端２ａを基準として１番目のサイドレーザ照射機構５０を用いて説明する。ターゲット２の入射端２ａを基準として２番目〜２５番目のサイドレーザ照射機構５０については、１番目のサイドレーザ照射機構５０と同様の構成であるので、説明を省略する。

【0044】

図６を参照すると、パルスストレッチャ５２が、取り出したパルスレーザ光Ｍ１のパルス幅を増幅する。アンプ５３が、パルス幅を増幅したパルスレーザ光Ｍ２の強度を増幅する。このように強度を増幅したパルスレーザ光Ｍ３の断面は、幅ｗ１及び厚さｔとなっている（図８（ａ）を参照）。エキスパンダ５４が、このパルスレーザ光Ｍ３の断面の幅ｗ１を拡大する。断面の幅を拡大したパルスレーザ光Ｍ４は、幅ｗ２及び厚さｔとなっている（図８（ｂ）を参照）。ミラーパスランパ５５が、このパルスレーザ光Ｍ４を分割し、かつ分割された分割レーザ光ｍ５のそれぞれに光路差Ｄをもたらす（図７を参照）。縮小モジュール５６が、分割レーザ光ｍ５を含むパルスレーザ光Ｍ５の断面の幅ｗ２を縮小する。縮小されたパルスレーザ光Ｍ６の断面は、幅ｗ３及び厚さｔとなっている（図８（ｃ）を参照）。なお、一例として、幅ｗ３は厚さｔより大きくなっているが、幅ｗ３は厚さｔより小さくなっていてもよい。回転モジュール５７が、このパルスレーザ光Ｍ６の厚さ方向をターゲット２の長手方向に対して直交させるように、角度ｚ１で回転させる（図８（ｄ）を参照）。パルスコンプレッサ５８が、回転した複数の分割レーザ光ｍ７を含むパルスレーザ光Ｍ７のパルス幅を圧縮する。集光ミラー５９が、圧縮した複数の分割レーザ光ｍ８のパルスレーザ光Ｍ８を集光する。集光された複数の分割レーザ光ｍを含むパルスレーザ光Ｍが、ターゲット２の最も入射端２ａ側に配置された反応部２１に照射される。複数の分割レーザ光ｍのそれぞれは、互いに時間差をもって順次反応部２１に照射されることとなる。

【0045】

このような動作によってターゲット２内で発生する核融合の作用について、図１を参照して説明する。
サブターゲット３から送られたイオンバンチＢ内のシードイオンは、ターゲット２の最も出射端２ａ側の反応部２１に到達する前に、この反応部２１に第１のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｍが照射され、その結果、プラズマが発生して、反応部２１におけるイオン（以下、「反応物質イオン」という）及び電子の温度が上昇する。反応物質イオンの温度が上昇することによって、反応物質の核的阻止能が低下することとなり、電子の温度が上昇することによって、反応物質の電子的阻止能が低下することとなる。そのため、シードイオンがターゲット２を通過する際に、シードイオンのエネルギーが反応物質イオン及び電子に奪われることが防止される。また、このような第１のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｍが反応部２１に照射されることによって、近年研究報告されている「クラスタ粒子のクーロン爆発現象」、「薄膜形状物質の高電場シース加速」等の現象のように、反応物質イオンが加速される。

【0046】

シードイオンがターゲット２の最も出射端２ａ側の反応部２１に到達すると同時に、この反応部２１に第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｎを照射することによってプラズマが発生して、イオンをターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かって加速させるレーザ光圧が生じる。このとき、第１のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｍの照射、及び第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｎの照射によって加速された反応物質イオンと、シードイオンとの間で、「クーロン弾性散乱」が生ずる。ここで、反応部２１とサブターゲット３とは同じ物質であるために、シードイオンと反応物質イオンとは同じ物質のイオンとなるので、「クーロン弾性散乱」によって、シードイオンの運動エネルギーが反応部２１内で核融合反応に伴って増加し、この運動エネルギーが反応物質イオンに引き渡されることとなる。また、加速された反応物質イオンが、シードイオンのイオンバンチＢに取り込まれて、イオンバンチＢの運動エネルギーが増加することとなる。すなわち、「クーロン弾性散乱」によって、核融合反応によって生じた運動エネルギーが、次に発生する核融合反応に寄与するイオンに与えられることとなる。

【0047】

また、シードイオンがターゲット２の最も出射端２ａ側の反応部２１に到達すると同時に、この反応部２１に電圧印加器８によって電圧を印加する。この電圧印加によって反応部２１に電界が生じ、この電界によって、正の電荷を有するシードイオンに対して、反応部２１の外周から中心に向かう力が作用することとなる。そのため、ターゲット２の中心軸２ｆに沿って移動するシードイオンの移動方向が、「クーロン弾性散乱」等によって、ターゲット２外に散逸することが抑制されることとなる。

【0048】

このような作用が、ターゲット２の入射端２ａから中間部２ｃに向かって、ターゲット２の入射側領域２ｄの各反応部２１で順次繰り返されて、シードイオンの核融合反応がターゲット２の入射端２ａから中間部２ｃに向かって連続的に発生することとなる。

【0049】

また、ターゲット２の出射側領域２ｅの反応部２１では、ターゲット２の外周からパルスレーザ光が照射されないので、反応部２１における反応物質イオン及び電子が冷えた状態となっている。しかしながら、反応物質の核的阻止能及び電子的阻止能によって、シードイオンのイオンバンチＢの運動エネルギーが、すぐに反応物質イオンに引き渡され、その結果、ターゲット電子イオン及び電子の温度が上昇することとなる。このように核融合反応によるエネルギーの増加が、ターゲット電子イオン及び電子の加熱によって失われる損失を上回ることを「核融合反応の点火」といい、核融合反応の点火が行なわれるようになる箇所を「核融合反応の点火点」という。

【0050】

また、これらの動作及び作用を鑑みると、第１のサイドレーザ照射器５からのパルスレーザ光Ｍ、及び第２のサイドレーザ照射器６からのパルスレーザ光Ｎが、反応部２１に照射された瞬間に、非平衡かつ超高温のプラズマが発生し、イオンバンチＢは、ピコ秒単位の短い時間内に「クーロン弾性散乱」及び「核融合反応」を生じながらターゲット２内を移動することとなる。そのため、本発明の実施形態におけるターゲットを用いた核融合反応では、従来のレーザ核融合のように、プラズマに関する「レイリー・テイラーの不安定性」の影響が問題とならず、ターゲット内部を効率的かつ均一に断熱かつ圧縮するという課題が避けられることとなる。

【0051】

以上のように本発明の実施形態によれば、ターゲット２の側方から照射されるパルスレーザ光Ｍ，Ｎによって、ターゲット２の反応部２１にはさらなるイオンが加えられ、さらに、反応部２１では、パルスレーザ光Ｍ，Ｎの照射によって電子が移動する一方でイオンが残されることとなる。その結果、ターゲット２の反応部２１に電場が形成されること等によって、イオンが加速されることとなり、核融合反応が、ターゲット２の出射端２ａ側の反応部２１から出射端側の反応部２１に向かって増幅するとともに、連続して発生することとなる。
また、このような核融合においては、従来のレーザ核融合とは異なり、ターゲット内にてイオンを効率的に生成かつ均一な方向に加速させることが重要となる。特に、ターゲット２が平面状の複数の反応部２１を有する場合、ターゲット２の反応部２１にてイオンを加速させる電場等の方向は、反応部２１の平面に対して垂直になる傾向がある。そこで、イオンの加速方向に一致するターゲット２の長手方向に対して、複数の反応部２１の平面を垂直に配置すれば、反応部２１にて電場等により加速されたイオンが、ターゲット２の出射端２ｂ側で隣接する反応部２１に効率的に送られることとなる。従って、ターゲット２の内部を効率的かつ均一に断熱かつ圧縮するという従来のレーザ核融合の課題を避けて、ターゲット２内にてイオンを効率的に生成かつ均一な方向に加速させることによって、効率的にエネルギーを生成できる。
このような核融合に用いられる第１のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６では、パルスレーザ光Ｍ３の断面の幅を拡大することによって、拡大されたパルスレーザ光Ｍ４が幅方向に容易に分割され、さらに、分割されたレーザ光ｍ５同士の間に光路差Ｄがもたらされるので、分割レーザ光ｍのそれぞれを、時間差でターゲット２に容易に照射できる。そのため、ターゲットの一端から他端に向かうシードイオンの移動に同期するように、ターゲット２の側方からパルスレーザ光Ｍ，Ｎを連続的に照射することができ、効率的に核融合反応を発生させることができる。

【0052】

本発明の実施形態によれば、第１のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６に供給されるパルスレーザ光Ｐが、互いに時間差を有する複数のパルスを含んだパルスレーザ光からパルス毎に取り出すことによって得られる構成となっているので、ターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かうイオンの移動に対してパルスの時間差を利用して正確に同期するように、ターゲット２の側方からパルスレーザ光Ｍ，Ｎをさらに連続的に照射することができ、効率的に核融合反応を発生させることができる。

【0053】

本発明の実施形態によれば、ターゲット２に注入されるイオンを生成するためにレーザ照射器４に供給されるパルスレーザ光Ｌ１が、レーザ発振器１１から送られるパルスレーザＰの複数のパルス中で１番目のパルスを取り出すことによって得られ、かつ第１のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６に供給されるパルスレーザ光が、レーザ発振器１１から送られるパルスレーザＰの複数のパルス中で２番目以降のパルスを取り出すことによって得られる構成となっているので、ターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かうイオンの注入タイミング及びこのようなイオンの移動にさらに正確に同期するように、ターゲット２の側方からパルスレーザ光Ｍ，Ｎを連続的に照射することができ、さらに効率的に核融合反応を発生させることができる。

【0054】

本発明の実施形態によれば、第１のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６が、ターゲット２に照射されるパルスレーザ光Ｍ，Ｎの厚さ方向を、ターゲット２の長手方向に対して直交させるように所定の角度ｚ１で回転させている。そのため、ターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かうシードイオンの移動方向に沿って、分割レーザ光ｍが時間差で確実に照射されて、ターゲット２の側方からのパルスレーザ光Ｍを、イオンの移動に対してさらに正確に同期させることができ、さらに効率的に核融合反応を発生させることができる。また、回転モジュール５７により回転される前のパルスレーザ光については、拡大される幅方向がターゲット２の長手方向に直交するので、サイドレーザ機構を互いに接近して配置できる。よって、第１のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６が小型化可能となり、レーザ核融合装置１が小型化可能となり、かつ効率的に核融合反応を発生させることができる。

【0055】

ここまで本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

【0056】

例えば、本発明の変形例として、第１のサイドレーザ照射器５及び／又は第２のサイドレーザ照射器６が、レーザ核融合装置以外に用いられても良く、レーザ光によって長尺形状の対象物を加工するレーザ加工、レーザ光によって長尺形状の対象物を測定するレーザ測定等に用いられてもよい。分割された状態のレーザ光のそれぞれを、フェムト秒〜ピコ秒単位の時間差を有するように、高分解能かつ高精度で対象物の側方から照射できる。

【0057】

［実施例］
本発明の実施形態の第１のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６を用いた実施例を説明する。
実施例では、核融合反応はＤＴ反応系となっている。ＤＴ反応系の場合、核融合を誘起するために必要な重水素核イオンのエネルギーは約５０〜数百ｋｅＶと高くなり、実施例では、運動エネルギーＫは１００ｋｅＶとなっている。この場合、ターゲット２内のシードイオンの走行速度Ｖを計算すると、（式１）のような結果となる。なお、（式１）では、ｍはイオンの質量となっており、ｃ_０は光速となっている。

【0058】

【数1】

【0059】

（式１）の計算によると、ターゲット２内のシードイオンの走行速度Ｖは、３．０９６×１０^６ｍ／ｓとなっており、この値は、光速ｃ_０の約１／１００の値に相当する。すなわち、このような走行速度Ｖで移動するシードイオンに同期させて、第１のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６が、パルスレーザ光Ｍ，Ｎをターゲット２の側方から連続的に照射する必要がある。

【0060】

実施例では、第１のサイドレーザ照射器５及び第２のサイドレーザ照射器６によって照射されるパルスレーザ光Ｍ，Ｎのパルス幅が２００ｆｓ（フェムト秒）となっており、パルスレーザ光Ｍ，Ｎの１パルス当たりのエネルギーが１０Ｊとなっている。このようなパルスレーザ光Ｍ，Ｎの光ピークパワーＰ_ｐを計算すると、（式２）に示すような結果となる。

【0061】

【数2】

【0062】

（式２）の計算によると、光ピークパワーＰ_ｐは５０ＴＷ（テラワット）となっている。このようなパルスレーザ光を、ターゲット２の狭い領域に対応して集光することによって、ターゲット２の反応部２１にて高速で移動するイオン及び電子を発生させることができる。集光されたパルスレーザ光における断面の面積は、μｍ^２〜ｍｍ^２程度の単位となっており、パルスレーザ光のパワーは、（式３）に示されるような閾値Ｐ_０を超えると見積もられる。

【0063】

【数3】

【0064】

本発明の実施形態では、ターゲット２に照射されるパルスレーザ光は分割されて複数の分割レーザ光となっており、幅方向両端の分割された分割レーザ光の光路差Ｄは、（式４）に示すような結果になる。

【0065】

【数4】

【0066】

実施例では、ターゲット２に照射されるパルスレーザ光は１０００分割されて１０００個の分割レーザ光から構成されている。そのため、１０００分割されたパルスレーザ光Ｍ，Ｎにおける分割レーザ光の１パルス当たりのエネルギーは、分割されていないパルスレーザ光の１パルス当たりのエネルギーに対して、１０００倍となっており、約１０ｋＪとなっている。

【0067】

また、パルスレーザが照射された後、高速で移動するイオン及び電子は、数ｐｓ（ピコ秒）の間、高いエネルギー状態を維持するものと考えられている。そこで、高速で移動するイオン及び電子が高いエネルギー状態を維持する時間を４ｐｓと設定して、以下の（式５）及び（式６）を計算する。２００ｆｓ（フェムト秒）のパルス幅を有するパルスレーザ光を「分割していない状態」で照射した場合、運動エネルギーＫを１００ｋｅＶとする重水素核イオンが４ｐｓ間に走行する距離Ｘ_ｓｔｅｐは、（式５）に示すような結果となる。なお、（式５）では、（式１）により得られたシードイオンの走行速度Ｖ＝３．０９６×１０^６（ｍ／ｓ）が用いられている。

【0068】

【数5】

【0069】

一方で、２００ｆｓのパルス幅を有するパルスレーザ光Ｍ，Ｎを「１０００分割した状態で」照射した場合には、運動エネルギーＫを１００ｋｅＶとする重水素核イオンが４ｐｓ間に走行する距離Ｘ_ｕｎｉｔは、（式６）に示すような結果となる。なお、（式６）では、（式５）と同様に、（式１）により得られたシードイオンの走行速度Ｖ＝３．０９６×１０^６（ｍ／ｓ）が用いられている。

【0070】

【数6】

【0071】

（式６）の計算によると、Ｘ_ｕｎｉｔは約１２．４ｍｍとなっている。そのため、パルスレーザ光Ｍ，Ｎを照射するターゲット２の長手方向の長さが約１２．４ｍｍとなり、パルスレーザ光Ｍ，Ｎの幅は１２．４ｍｍとなっているとよい。実施例では、パルスレーザ光Ｍ，Ｎの幅ｗ２は、Ｘ_ｕｎｉｔの１００倍に拡大されており、このパルスレーザ光Ｍ，Ｎの幅ｗ２は、（式７）に示すような結果となる。

【0072】

【数7】

【0073】

パルスレーザ光Ｍ，Ｎの幅ｗ２がこのような大きな値であれば、パルスレーザ光Ｍ，Ｎを１０００分割し易くなる。また、（式１）によれば、シードイオンの走行速度Ｖは、光速の１／１００となっていることに基づけば、パルスレーザ光Ｍ，Ｎにおける幅方向両端の分割レーザ光の光路差Ｄは、（式８）に示すような結果となる。なお、パルスレーザ光Ｍ，Ｎは幅方向に１０００分割されて、パルスレーザ光Ｍ，Ｎの各分割レーザ光の幅は非常に小さくなっているので、パルスレーザ光Ｍ，Ｎにおける幅方向両端の分割レーザ光間の距離ｗ２’は、それぞれパルスレーザ光Ｍ，Ｎの幅ｗ２と近似することとなる（図７を参照）。そのため、パルスレーザ光Ｍ，Ｎにおける幅方向両端の分割レーザ光の中心間の距離ｗ２’は、それぞれパルスレーザ光Ｍ，Ｎの幅ｗ２に相当するものとして、（式８）を計算する。

【0074】

【数8】

【0075】

（式４）、（式７）、及び（式８）に基づいて、入射されるパルスレーザ光Ｍ４に対するミラーの反射面の角度ｚ２を計算すると、角度ｚ２は２６．６度となる。よって、実施例では、このような角度ｚ２＝２６．６度に設定されたミラーパスランパ５５によって、パルスレーザ光Ｍ，Ｎを、１００ｋＶの重水素イオンと同じ速度でターゲット２の入射端２ａから出射端２ｂに向かうように、ターゲット２に照射させることができる。

【符号の説明】

【0076】

１ レーザ核融合装置
２ ターゲット
２ａ 入射端
２ｂ 出射端
３ サブターゲット
４ レーザ照射器
５ 第１のサイドレーザ照射器
６ 第２のサイドレーザ照射器
１１ レーザ発振器１１
２１ 反応部
５１ ポッケルスセル
５４ エキスパンダ
５５ ミラーパスランパ
５６ 縮小モジュール
５７ 回転モジュール
Ｂ イオンバンチ
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ パルスレーザ光
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ７，Ｍ８ パルスレーザ光
ｍ，ｍ５，ｍ６，ｍ７，ｍ８ 分割されたパルスレーザ光（分割レーザ光）
Ｎ パルスレーザ光
Ｐ パルスレーザ光
ｗ１，ｗ２，ｗ２’，ｗ３ 幅
ｔ 厚さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】