The effects of neutron heating are investigated in fast ignition laser fusion targets using deuterium–tritium (DT) fuel, ranging from ignition-scale to high-gain targets. Simulations were performed using a radiation-hydrodynamic code incorporating energetic particle transport with a particle-based scheme, in which thermal and fluid motion effects were included in both the generation and interaction processes of energetic particles. In the ignition phase, neutron heating contributes to the heating of the hot spot and its surrounding region involved in ignition, accounting for approximately 20% of the α-particle heating. This reduced the external heating energy required for ignition by approximately 10%. Additionally, neutron heating increases the fusion output in the ignition-scale fuel by about 20% at maximum, where the burn temperature remains lower than that at the peak of the DT fusion reactivity. In contrast, in high-gain fuel, neutron heating alters the burn propagation mode: α-particle-driven propagation accompanied by a compression wave changes to a faster mode in which neutrons preheat a broad region ahead of the compression wave. This induces earlier fusion reactions, causing the compression wave to be overtaken and eventually dissipate. This earlier propagation causes a reduction of more than 10% in the burn-up fraction and the fusion output due to the shortening of the burning duration. Although the effects of thermal and fluid motions have minimal impact on the ignition or burning behavior, they significantly alter the energy spectra of the escaping energetic particles, which may affect the consideration of reactor design.
中性子加熱の影響が、重水素–トリチウム(DT)燃料を用いた高速点火レーザー核融合ターゲットにおいて、点火スケールから高利得ターゲットにわたって調べられた。シミュレーションは、粒子ベースのスキームによる高エネルギー粒子輸送を組み込んだ放射流体力学コードを用いて実施され、このスキームでは、高エネルギー粒子の生成過程と相互作用過程の両方において熱的および流体運動の効果が含まれていた。点火段階では、中性子加熱は点火に関与するホットスポットとその周辺領域の加熱に寄与し、α粒子加熱の約20%に相当する。これにより、点火に必要な外部加熱エネルギーは約10%低減された。さらに、中性子加熱は点火スケール燃料における核融合出力を最大で約20%増加させる。そこでは、燃焼温度はDT核融合反応率のピーク時の温度よりも低いままである。対照的に、高利得燃料では、中性子加熱は燃焼伝播モードを変化させる。すなわち、圧縮波を伴うα粒子駆動伝播は、中性子が圧縮波の前方の広い領域を予熱する、より高速なモードへと変化する。これにより早期の核融合反応が誘発され、圧縮波が追い越され、最終的に消滅する。この早期伝播は、燃焼時間の短縮により、燃焼率と核融合出力の10%超の減少を引き起こす。熱的および流体運動の効果は点火または燃焼挙動にほとんど影響を与えないが、それらは逃散する高エネルギー粒子のエネルギースペクトルを有意に変化させ、これは炉設計の検討に影響を与える可能性がある。