2024年 理工学部 シラバス - 物理学科
設置情報
| 科目名 | 核融合科学 | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 物理学科 | 学年 | 3年 |
| 担当者 | 浅井 朋彦 | 履修期 | 後期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 木曜1 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | M41P |
| クラス | |||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
概要
| 学修到達目標 | 原子核融合反応とそれに関連する物理学，工学の諸分野について概観し，その関係を理解する。理学系分野としては，恒星や超新星爆発など宇宙で起こる核融合反応とその役割を，また核反応が起こる高温領域に亘る非平衡物理について理解を深める。また，関連して熱核融合とそれを実現するためのプラズマ物理学の基礎を学ぶ。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
「対面授業」 質問等はメールおよびオフィスアワーにおいて対応する。 |
| 履修条件 | 力学，電磁気学，量子力学など，物理学の基盤科目について基礎的知識を有していることが望ましい。 |
| ディプロマ・ポリシー（DP）及びカリキュラム・ポリシー（CP）との関連 | 本授業科目はDP3及びCP3に該当しています。 |
授業計画
| 第1回 | 物理学と核融合（核融合概論）：対称性と同時に複雑性を内包する核融合プラズマは，多階層複雑系とも呼ばれる物理学が対象とする物質の中でも特異的な状態にある。その理解に関連する理工学の諸分野について概観する。 | 【事前学習】電磁気学，原子物理学，量子力学など関連科目の内容を復習して授業に臨むこと 【事後学習】授業内容の復習をすること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
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| 第2回 | 原子力の基礎知識：原子核の構造や各種核反応とその特性，関連する計測などについて解説する。 | 【事前学習】前回の講義内容に加え，量子力学，原子物理学，熱力学などの関連科目の内容を復習して授業に臨むこと 【事後学習】授業内容の復習をすること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第3回 | 核融合反応，熱核融合とは？，制御熱核融合研究の歴史 | 【事前学習】前回の講義内容に加え，量子力学，原子物理学，熱力学などの関連科目の内容を復習して授業に臨むこと 【事後学習】授業内容の復習をすること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第4回 | 宇宙の核融合と天体現象：宇宙で生じる核融合反応，宇宙の進化や様々な天体現象との関係を解説する。 | 【事前学習】前回の講義内容に加え，量子力学，原子物理学，熱力学などの関連科目の内容を復習して授業に臨むこと 【事後学習】授業内容の復習をすること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第5回 | 磁場閉じ込め核融合I：プラズマとその閉じ込め，安定性について解説する。 | 【事前学習】前回の講義内容に加え熱力学，電磁気学I，IIの内容を復習して授業に臨むこと 【事後学習】授業内容の復習をすること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第6回 | 磁場閉じ込め核融合II：外部導体系トーラスであるトカマクとステラレータについて解説する。 | 【事前学習】前回の講義内容に加え熱力学，電磁気学I，IIの内容を復習して授業に臨むこと 【事後学習】授業内容の復習をすること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第7回 | 磁場閉じ込め核融合III：超高ベータ方式である磁場反転配位（FRC）や先進燃料核融合，直接エネルギー変換などについて解説する。 | 【事前学習】前回の講義内容の内容を復習して授業に臨むこと 【事後学習】授業内容の復習をすること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第8回 | 自己組織化プラズマ：実験室や宇宙プラズマの自己組織化と磁気リコネクションなど関連する物理現象，プラズマ閉じ込めとの関係を解説する。 | 【事前学習】前回の講義内容の内容を復習して授業に臨むこと 【事後学習】授業内容の復習をすること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第9回 | その他の核融合方式：慣性核融合や磁化標的核融合，ミュオン触媒核融合など磁場閉じ込め核融合以外の核融合方式について解説する。 | 【事前学習】前回の講義内容の内容を復習して授業に臨むこと 【事後学習】授業内容の復習をすること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第10回 | 加熱とエネルギー損失：プラズマの加熱方法、プラズマからのエネルギー損失、核融合を達成する高温プラズマを達成する方法を解説する。 | 【事前学習】前回の講義内容の内容を復習して授業に臨むこと 【事後学習】授業内容の復習をすること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第11回 | 核融合炉設計と炉材料開発：核融合炉の仕組み、炉に用いられる材料の性能およびその開発状況について解説する。 | 【事前学習】前回の講義内容の内容を復習して授業に臨むこと 【事後学習】授業内容の復習をすること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第12回 | 超伝導コイル開発，トリチウム生産；磁場閉じ込め核融合炉に用いる超伝導コイルおよびその開発状況、核融合炉の燃料サイクルについて解説する。 | 【事前学習】前回の講義内容の内容を復習して授業に臨むこと 【事後学習】授業内容の復習をすること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第13回 | 核融合反応とその応用：主にエネルギー生産以外を目的とした核融合反応の応用について解説する。 | 【事前学習】前回の講義内容の内容を復習して授業に臨むこと 【事後学習】授業内容の復習をすること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第14回 | 核融合研究の現状や関連分野，主にエネルギー生産を目的とした核融合開発の展望について解説する。 | 【事前学習】前回の講義内容の内容を復習して授業に臨むこと 【事後学習】授業内容の復習をすること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第15回 | 本講義の総括と授業内課題 | 【事前学習】第１〜１４回までの範囲を復習して授業に臨むこと 【事後学習】講義内容を復習すること | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
その他
| 教科書 |
特に教科書は指定しないが、自分にあった参考書を用いて予習・復習を行うことを推奨する。
必要な資料は適宜配布する。
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| 参考書 |
高村秀一 『プラズマ理工学入門』 森北出版株式会社 1997年 第第1版版
狐森昌雄、吉川庄一 『核融合への挑戦』 ブルーバックシリーズ 講談社 2004年 第第1版版
宮本健郎 『プラズマ物理・核融合』 東京大学出版会 2004年 第第1版版
Francis F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion , Springer, 2016, 3rd edition edition
Francis F. Chen, An Indispensable Truth How Fusion Power Can Save the Planet, Springer , 2011, 1st edition edition
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| 成績評価の方法 及び基準 |
授業内で提示する課題およびその提出状況により評価する。 |
| 質問への対応 | 授業内およびメールなどで随時対応する。 |
| 研究室又は 連絡先 |
７号館 ７２１C メールアドレスは授業中に指示する |
| オフィスアワー |
金曜 駿河台 12:20 ～ 13:10 高橋、浅井
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| 学生への メッセージ |