In inertial confinement fusion (ICF), Thomson scattering (TS) is a widely used diagnostic technique for probing plasma conditions. We present a first-principles numerical approach to obtaining scattered light signals of ion acoustic features with high resolution in angle and frequency space using particle-in-cell simulations under typical ICF conditions. Our method demonstrates good agreement with existing theories for thermal collective TS. In the super-thermal collective regime, the results align with theory when the driven plasma modes are well-matched in wave vectors to the probe and collecting beams. Moreover, we also find that TS signals can remain significant even under imperfect wave-vector matching–a result that contradicts the conventional expectation that the TS spectrum strictly follows the plasma density spectrum. We attribute this discrepancy to a beating wave mechanism arising from the interaction between the probe beam and driven plasma density modulations. Our work thus provides a practical framework for interpreting TS signals from driven ion modes, a common yet complex feature in ICF plasmas.
慣性核融合(ICF)において、トムソン散乱(TS)はプラズマ状態を調べるための広く用いられる診断手法である。我々は、典型的なICF条件下でのparticle-in-cellシミュレーションを用いて、角度および周波数空間において高分解能でイオン音響特徴の散乱光信号を得るための第一原理に基づく数値手法を提示する。本手法は、熱的集団TSに関する既存の理論と良好な一致を示す。超熱的集団領域では、駆動されたプラズマモードの波数ベクトルがプローブビームおよび集光ビームと良好に整合する場合、結果は理論と一致する。さらに、波数ベクトル整合が不完全な場合でもTS信号が有意であり得ることも見出す。この結果は、TSスペクトルが厳密にプラズマ密度スペクトルに従うという従来の期待に矛盾する。我々はこの不一致を、プローブビームと駆動されたプラズマ密度変調との間の相互作用から生じるビーティング波機構に帰する。したがって、我々の研究は、ICFプラズマにおいて一般的でありながら複雑な特徴である駆動イオンモードからのTS信号を解釈するための実用的な枠組みを提供する。