Several heavy ion beams, each with current in the kiloampere range and particle energy in the gigaelectronvolt range, must be focused onto a millimetre size spot to provide the power required for ignition of high gain, radiation driven targets for inertial confinement fusion. It is difficult to achieve this condition for three reasons: (a) The repulsive space charge forces within individual beams and the mutual space charge repulsion among the beams, which are strongest near the focal spot, prevent multiple beams from focusing onto a small spot. (b) Beam current increases from beam head to tail, so the beam-beam repulsion is time dependent. This prevents multiple beams from being focused onto a small spot throughout the entire pulse. (c) Radiation from the beam heated target photoionizes some beam ions into higher charge states, and these ions are expelled from the beam by the space charge force. To minimize these three effects, it is proposed to place a metallic cylinder in front of the focal spot and to cover the cylinder, at the beam entrance end, with a plastic film of submicron thickness. As the beams pass through the film, the beam space charge force draws electrons from the film to co-move with the beam, `autoneutralizing' the ion beams inside the cylinder. Although the film strips beam ions into higher charge states, particle-in-cell simulations show that autoneutralization is so effective that the residual radial electric field in the neutralized beam is considerably less than that in the unneutralized beam. The application of this scheme thereby results in a great improvement in focusing quality. Beams with higher charge state or lower mass ions, which have the advantages of reducing both the length of the high energy section of induction linacs and the strengths of the final-focusing magnets, can therefore be used
複数の重イオンビームは、それぞれキロアンペア級の電流とギガ電子ボルト級の粒子エネルギーを有し、慣性核融合における高利得・放射駆動ターゲットに必要な出力を供給するために、ミリメートルサイズのスポットに集束されなければならない。この条件を達成することは、以下の3つの理由により困難である：(a) 個々のビーム内の反発性の空間電荷力と、ビーム間の相互の空間電荷反発は、焦点スポット付近で最も強く、複数のビームを小さなスポットに集束することを妨げる。(b) ビーム電流はビーム先頭部から後尾部にかけて増加するため、ビーム間反発は時間依存性を持ち、これがパルス全体にわたって複数のビームを小さなスポットに集束することを妨げる。(c) ビーム加熱ターゲットからの放射が一部のビームイオンをより高い電荷状態に光電離させ、これらのイオンは空間電荷力によってビームから排除される。これらの3つの影響を最小化するために、焦点スポットの前方に金属製シリンダーを配置し、ビーム入射端においてこのシリンダーをサブミクロン厚のプラスチック薄膜で覆うことが提案されている。ビームが薄膜を通過する際、ビームの空間電荷力が薄膜から電子を引き出し、シリンダー内部でイオンビームとともに移動させて「自動中和」を行う。薄膜がビームイオンをより高い電荷状態に剥離させるものの、粒子セルシミュレーションにより、自動中和は非常に効果的であり、中和されたビーム内の残留動径電界は、未中和のビームにおけるそれよりもかなり小さいことが示されている。この方式の適用により、集束品質の大幅な向上がもたらされる。より高い電荷状態またはより低い質量のイオンビームは、誘導加速器の高エネルギー部の長さと最終集束磁石の強度の両方を低減できるという利点を有するため、したがって使用することが可能となる。