1.はじめに

2022年12月米国エネルギー省の報告によるとローレンス・リバモア国立研究所（Lawrence Livermore NationalLaboratory, LLNL）の国立点火施設（National IgnitionFacility, NIF）にて投入したエネルギーに対して1.5倍以上のゲインが達成され，世界で初めてレーザーによる核融合点火燃焼の実証がされた。 国内においては大阪大学レーザー科学研究所おいて長年にわたり激光XII号レーザー装置やLFEX（Laser for Fast-ignition EXperiment）ペタワットレーザー装置を用いた高速点火方式（短パルスレーザーによる追加熱方式）によるレーザー核融合の研究開発が行われている。これらの研究開発におけるレーザー慣性核融合は化石燃料，原子力発電，再生可能エネルギーなどとは独立に，CO2を排出しない安全で持続可能性が高いエネルギーをつくりだす方法の一つとされている。エネルギー資源に乏しい日本においても官民が多額の投資を行う動きを見せるなど大きな期待と注目がされている。

このレーザー慣性核融合を実現する大型レーザー装置はレーザーを発振器から核融合ターゲットまで伝送させる大型高出力用ミラーなどの超高性能な光学部品で構成されている。光学部品の性能は，使用されるレーザー装置の性能を決定するとともに，照射実験を継続するコストや稼働率に大きな影響を与える。光学部品の性能にはミラー面の形状精度，コートの反射／透過率や分散・吸収などの光学特性，製造技術・装置におけるサイズの制約など性能を左右する要素が多くある。特にkJ（キロジュール）クラスの高出力レーザーを取りまわすミラーのレーザー損傷閾値はレーザー装置の出力に決定的な影響を及ぼす。光学部品の損傷を起こさずに高出力のレーザーを伝搬させるためにはビーム口径を大きくして照射されるパワー密度を下げる必要があり，装置の大型化を招いている。

ミラーの損傷閾値が高くなればレーザー出力の増加や，装置の小型化ができるなど様々な問題を解消できるため，これまでも光学部品のレーザー損傷耐性向上の研究開発が行われてきた。特に損傷が最初に起こる光学薄膜のレーザー耐性は半世紀以上にわたりSPIEのBoulder DamageSymposium（現Laser Damage Symposium）を代表する学会などで長く議論されてきており，今なお世界中の研究所や企業がレーザー損傷閾値の向上を図っている。

現在世界中に存在する核融合点火燃焼が実現できる大型レーザー装置はレーザー媒質の発熱などで1日1～数ショットという1 Hzにも満たない繰り返しで運用されている。実用的なレーザー核融合発電には10 Hz 以上の繰り返しが必要とされ，連続照射が可能な大型レーザー装置の開発が必須となっており，大阪大学レーザー科学研究所では高出力，高繰返しの高平均出力レーザーモジュールの開発を行っている。高平均出力レーザーに使用される光学部品の要求仕様はシングルショットのレーザー向けのそれとは異なり発熱による性能劣化などこれまでとは別の課題があるため新たな開発が必要となっている。本稿ではレーザー核融合における今後特に重要となる高繰り返し高耐力光学素子開発の現状と将来について述べる。