Inertial confinement fusion (ICF) is an alternative way to control fusion which is based onscaling down a thermonuclear explosion to a small size, applicable for power production, a kind of thermonuclear internal combustion engine.This book extends many interesting topics concerning the research and development on ICF of the last25 years. It provides a systematic development of the physics basis and also various experimentaldata on radiation driven implosion. This is a landmark treatise presented at the right time.It is based on the article ``Development of the indirect-drive approach to inertial confinementfusion and the target physics basis for ignition and gain'' by J.D. Lindl, published in Physicsof Plasmas, Vol. 2, November 1995, pp. 3933-4024. As is well known, in the United States of America research on the target physics basis for indirect drive remained largely classified until 1994.The indirect drive approaches were closely related to nuclear weapons research at Lawrence Livermoreand Los Alamos National Laboratories. In Japan and other countries, inertial confinement fusionresearch for civil energy has been successfully performed to achieve DT fuel pellet compression up to 1000 times normal density, and indirect drive concepts, such as the `Cannon Ball' scheme, also prevailed at several international conferences. In these circumstances the international fusion communityproposed the Madrid Manifesto in 1988, which urged openness of ICF information to promoteinternational collaboration on civil energy research for the future resources of the human race.This proposal was also supported by some of the US scientists. The United StatesDepartment of Energy revised its classification guidelines for ICF six years after the Madrid Manifesto.This first book from the USA treating target physics issues, covering topics fromimplosion dynamics to hydrodynamic stability, ignition physics, high-gain target design and thescope for energy applications is enthusiastically welcomed.The author joined Lawrence Livermore National Laboratory in 1972 to perform intensive theoreticaland computational research on implosion and ignition. He was awarded the Edward Teller Medal in1993. One therefore expects the topics to be treated with authority, and this expectation iswell fulfilled.The general treatment throughout the book is to begin with the basic physics of implosion and showhow its development leads to an explanation of many fundamental ideas about implosion, via direct drive or indirect drive, particularly ideas associated with radiation transport. This approach is generally successful, with the reader immediately able to relate thetheoretical treatments to physical problems. One danger in this approach, however, is that fundamental concepts in implosion often become stressed within the framework of indirect radiation drive of hohlraum targets orientedtowards research in the National Ignition Facility. The references in this book to Livermore or Los Alamos internaldocuments are not yet publicly available, because many are in the process of review for declassification.The reader will have to become accustomed to this situation, which has lasted for a long time butnow seems to be gradually improving.The treatise is composed of 13 chapters, including 271 illustrations. An overview of ICF and thehistorical development of indirect drive in the ICF programme are described in Chapters 1 and 2.Direct drive and indirect drive have different features. The choice of which to use is a veryinteresting issue. The former has a higher laser-target coupling efficiency but is less uniformin laser irradiation due to discrete beams of lasers. Beam smoothing techniques have a key role in direct drive. The indirect drive by soft X rays which are generated at the inner surface of a hohlraumcan have a higher uniform irradiation to reduce the growth of perturbations due to Rayleigh-Taylor (RT) instabilities.The soft X ray drive has much higher ablation rates and is less sensitive to hot electron preheat.A potential disadvantage of indirect drive is the larger scale length of the plasma travelled by thelaser beam from the inlet hole to the hohlraum wall. Parametric instabilities in hohlraums haveproblems because of energy loss and coupling. One of the most important issues for indirect drive isa radiation drive concept which is essentially independent of the driver, such as laser or particlebeam. The historical progress of ICF in the USA mainly depended upon the resolution of the fusiondatabase for weaponry. This was a reason to choose indirect drive as the main scheme. Several structuresof hohlraum target are described which for a long time were closed to the public. As the minimum energyfor ignition depends strongly on the achievable implosion velocity, a great deal of benefit is derivedfrom operating at the highest possible hohlraum temperature and in-flight aspect ratio (IFAR). Theconclusion of Chapters 3, 4 and 5 is that achieving an implosion velocity of 3 × 107cm/s withan IFAR-30 Fermi degenerated shell would require a minimum drive temperature of about 200 eV. Thehydrodynamic instability, ignition threshold and capsule gain are discussed in Chapter 6. The RThydrodynamic instability began at the upper limit of the IFAR and hence at the peak implosion velocity.The growth rate of the instability in the acceleration phase was found to be suppressed by the ablationflow at Osaka. Instability during the deceleration phase was primarily stabilized by electron conduction.The combined effects of acceleration, feed-through and deceleration show that the principal modes contributing to perturbations in the fuel have spherical harmonic mode numbers less than about 30-40.The higher modes are rapidly reduced by rarefaction. The lower modes are killed by so-called `fire polishing'.The target uniformity and irradiation uniformity are very effective at suppressing instabilities. Themaximum number of e-foldings sets the upper limit of the implosion velocity. This gives the thresholdenergy of ignition. The minimum capsule energy for ignition for indirect drive is compared with Nuckoll'sprojections for direct drive. The estimation depends strongly upon the effects of hydrodynamic instabilityand symmetry in the compressed fuel volume. If the margin of energy is 2, the necessary capsule absorbed energyis about 90 kJ with a radiation temperature of 300 eV. The coupling between driver and capsule is 10-15%,and the driver energy is 0.6-0.9 MJ. The scaling laws for the capsule absorbed power, radius and pulselength with a certain IFAR are given. It is concluded (Chapter 6) that the optimum strategy for gain isoperation at the minimum implosion velocity consistent with the desired capsule size and yield, becauseat the excess implosion velocity the capsules tend to ignite earlier than the optimal point in the compressionprocess.The most crucial issues for the hohlraum target are the coupling efficiency and hohlraum radiation uniformity.Various kinds of devices for hohlraum structures and double cone irradiation schemes have been investigated. Thesetechnological developments are energetically described. The implosion symmetry reproducibility (Chapters 7and 8) for the Precision Nova advanced system meets the requirement of 1% uniformity for ignition experimenttime averaged flux. Combined tests of symmetry and hydrodynamic instability as well as the hohlraum plasmaconditions estimating the simulated Brillouin scattering (SBS) and simulated Raman scattering (SRS) effectsand their influence on the hot electron preheat are summarized in Chapters 9, 10 and 11. The tolerablefraction of hot electrons for keeping the DT fuel preheat at approximately the Fermi specific energyindicates that direct drive capsules are 3 to 4 times larger than the indirect drive capsules.As a conclusion, Chapters 12 and 13 are proudly devoted to the National Ignition Facility andignition targets. The NIF has a 192 beam, frequency tripled Nd:glass laser system with routine targetenergies and powers of 1.8 MJ and 500 TW, appropriately pulse shaped. The 192 beams are clustered ingroups of 4, so that there are effectively 8 spots in each of the inner cones, and 16 in the outercones in the hohlraum. Each cluster of 4 beams combines to form an effective f/8 optic. Various kindsof target design are described, for instance, a baseline design 300 eV hohlraum capsule, which absorbs1.35 MJ of light, an ignition point hydrocarbon (CH) capsule, which is aimed at determining the requirements forsymmetry, stability and ignition, and a lower temperature 250 eV capsule with a beryllium ablator, which provides a trade-off between hydroinstabilities and laser-plasma effects. The NIF baselinecapsule designs absorb 150 kJ, of which about 25 kJ ends up in the compressed fuel. The centraltemperature increases to 10 keV when the capsule produces 400 kJ. The fuel energy gain is about 16 atignition, or when the alpha particle deposition is about 3 times the initial energy delivered to thecompressed fuel. The NIF baseline targets are then expected to yield up to 15 MJ and a fuel gain ofabout 600.Estimates based on NOVA experiments and modelling indicate that SBS, SRS and other plasmahazard processes can be kept within acceptable limits. If these are not attained, the ultimate recourseis to increase the hohlraum size, reduce the laser intensity and reduce the drive temperature tothat of the 250 eV design, which has significantly less plasma. The remaining uncertainties can bemitigated by changes in the target design. The author has confidence ignition will be achieved in NIF,which seems to be strongly supported by the Centurion-Halite underground nuclear experiments demonstratingthe excellent performance and the basic feasibility of achieving high gain. He thoughtfully adds acomment that developments in direct drive have reached the point where this approach also looks quitepromising. NIF will be able to shift rapidly ( ⩽ 1 d) between indirect drive and direct drive.Finally, the short last chapter (Chapter 13) gives an overview on the greatest potential for future ICF power plants.In a book review, questions are usually asked about the readers the book is primarily intended for,whether the book is written at the appropriate level for those readers and whether there are other booksthat achieve similar objectives. The last section of the Preface states that this book provides an in-depthanalysis of theoretical and experimental work on indirect drive ICF classified up to 1994, as well as workcarried out throughout the world. It is intended to serve as a reference guide for researchers in the field.Each topic covered contains enough introductory material that the book can also be used at the graduatelevel by students or newly interested researchers. Most of the laser technology and diagnostic developmentare not covered at all. To this reviewer that statement is a succinct summary of what the book achieves.Working fusion physicists, particularly in ICF, will find the book to be both instructive and enjoyable.As a secondary market, the book could well be used as a text for a graduate course in laser plasma physics,although some parts are like review papers. As to which books cover some of the same material, W.L. Kruerpublished Physics of Laser Plasma Interactions (Addison-Wesley, Redwood City, CA, 1988), which issuitable as a textbook for graduate students and also for the plasma physicist in general and C. Yamanakapublished Introduction to Laser Fusion (Harwood Academic, Chur, 1991), which is the only booktreating implosion physics, lasers, target design and diagnostics prior to the USDOE's declassification.As for the Handbook of Plasma Physics series (edited by M.N. Rosenbluth and R.Z. Sagdeev), Vol. 3,Physics of Laser Plasma (edited by A.H. Rubenchik and S. Witkowski) (Elsevier Science, Amsterdam, 1991) comes to mind. However, this last book is larger, and covers somewhat diverse topics. Thetypography of the book presently under review is also much to be preferred.In summary, I would strongly recommend the book by Lindl to my colleagues in plasma physics, particularlyto those engaged in ICF.
慣性核融合（ICF）は、熱核爆発を小型化し、発電に応用可能な一種の熱核内燃機関とする、核融合制御の代替手法である。本書は、過去25年間のICFの研究開発に関する多くのトピックを扱っている。放射駆動による爆縮に関する物理的基盤と様々な実験データを体系的に解説している。これは、適切な時期に発表された画期的な論考である。本書は、J. Lindlによる論文「Development of the indirect-drive approach to inertial confinement fusion and the target physics basis for ignition and gain」（Physics of Plasmas, Vol. 2, November 1995, pp. 3933-4024）に基づいている。周知の通り、米国では間接駆動のターゲット物理の研究は1994年まで大部分が機密扱いであった。間接駆動のアプローチは、ローレンス・リバモア国立研究所とロスアラモス国立研究所における核兵器研究と密接に関連していた。日本やその他の国々では、民生エネルギーを目的とした慣性核融合研究が成功裏に進められ、DT燃料ペレットを通常密度の1000倍まで圧縮し、「キャノンボール」方式などの間接駆動概念も国際会議で発表されていた。こうした状況の中、国際核融合コミュニティは1988年にマドリッド宣言を提唱し、人類の将来のエネルギー資源のための民生研究における国際協力を促進するため、ICF情報の公開を求めた。この提案は米国の一部の科学者にも支持された。米国エネルギー省は、マドリッド宣言から6年後にICFに関する機密指針を改訂した。本書は、米国で初めてターゲット物理の諸問題を扱った書籍であり、爆縮ダイナミクスから流体力学的不安定性、点火物理、高利得ターゲット設計、エネルギー応用の可能性までを網羅している。著者は1972年にローレンス・リバモア国立研究所に入所し、爆縮と点火に関する理論的・計算論的研究に従事し、1993年にエドワード・テラー賞を受賞している。したがって、本書の内容が権威あるものであることは期待通りであり、その期待は十分に満たされている。本書の全体的な構成は、まず爆縮の基礎物理から始まり、その発展が直接駆動または間接駆動による爆縮の基本的考え方の説明へとつながり、特に放射輸送に関連する概念に焦点を当てている。このアプローチは概ね成功しており、読者は理論的考察と物理的問題を即座に関連付けることができる。しかし、このアプローチには一つの危険性がある。すなわち、ホールラムターゲットの間接駆動の枠組みにおける爆縮の基本概念が、ナショナル・イグニッション・ファシリティ（NIF）の研究に向けられていることである。本書で言及されているリバモアやロスアラモスの内部文書は、機密解除の審査過程にあるため、まだ公開されていない。読者はこの状況に慣れる必要があるが、この状況は長く続いているものの、現在では徐々に改善されつつある。本書は13章で構成され、271の図版を含む。第1章と第2章では、ICFの概要とICF計画における間接駆動の歴史的発展が述べられている。直接駆動と間接駆動には異なる特徴がある。どちらを選択するかは非常に興味深い問題である。直接駆動はレーザーとターゲットの結合効率が高いが、レーザーの離散ビームによる照射の均一性に劣る。ビーム平滑化技術は直接駆動において重要な役割を果たす。間接駆動では、ホールラムの内表面で生成される軟X線により、より均一な照射が可能となり、レイリー・テイラー（RT）不安定性による擾乱の成長を低減できる。軟X線駆動ははるかに高いアブレーション率を持ち、高温電子の予熱の影響を受けにくい。間接駆動の潜在的な欠点は、入射孔からホールラム壁までのレーザービームが通過するプラズマのスケール長が大きいことである。ホールラム内のパラメトリック不安定性は、エネルギー損失と結合の問題を引き起こす可能性がある。間接駆動の最も重要な問題の一つは、レーザーや粒子ビームなどのドライバーから本質的に独立した放射駆動の概念である。米国におけるICFの歴史的進展は、主に兵器関連の核融合データベースの解決に依存していた。これが間接駆動を主要な方式として選択した理由であった。長い間機密とされていたホールラムターゲットのいくつかの構造についても記述されている。点火に必要な最小エネルギーは達成可能な爆縮速度に強く依存するため、可能な限り高いホールラム温度と飛行中アスペクト比（IFAR）で運転することから大きな利点が得られる。第3章から第5章の結論として、IFAR 30のフェルミ縮退シェルで3×10⁷cm/sの爆縮速度を達成するには、約200eVの最小駆動温度が必要であることが示されている。第6章では、流体力学的不安定性、点火閾値、キャプセル利得が議論されている。RT不安定性の成長は、IFARの上限、すなわちピーク爆縮速度において始まる。加速期における不安定性の成長率は、大阪でのアブレーション流によって抑制されることが見出された。減速期の不安定性は主に電子伝導によって安定化される。加速、フィードスルー、減速の複合効果により、燃料中の擾乱に寄与する主要なモードは、球面調和モード数が約30〜40未満であることが示される。高次モードは希薄化（ラリファクション）によって急速に減衰する。低次モードはいわゆる「ファイア・ポリッシング」によって抑制される。ターゲットの均一性と照射の均一性は、不安定性の抑制に非常に効果的である。e-folding数の最大値は爆縮速度の上限を決定し、これが点火エネルギーの閾値を与える。間接駆動の点火に必要な最小キャプセルエネルギーは、Nuckollsの直接駆動の予測と比較されている。この推定は、圧縮燃料体積における流体力学的不安定性と対称性の影響に強く依存する。エネルギー利得マージンが2の場合、必要なキャプセル吸収エネルギーは約90kJであり、放射温度は300eVである。ドライバーとキャプセル間の結合効率は10〜15%であり、ドライバーエネルギーは0.6〜0.9MJとなる。キャプセルの吸収出力、半径、パルス長に関するスケーリング則は、特定のIFARに対して与えられている。第6章の結論として、最適な利得戦略は、所望のキャプセルサイズと収量に整合した最小爆縮速度での運転である。過剰な爆縮速度では、キャプセルは圧縮過程の最適点より早期に点火する傾向がある。ホールラムターゲットの最も重要な問題は、結合効率とホールラム内の放射均一性である。ホールラム構造と二重円錐照射方式に関する様々な装置が研究されてきた。これらの技術的発展は詳細に記述されている。第7章と第8章では、Precision Nova先進システムにおける爆縮対称性の再現性が議論され、点火実験の時間平均フラックスに対して1%の均一性要件が満たされることが示されている。第9章から第11章では、対称性と流体力学的不安定性の複合試験、ならびにホールラムプラズマの状態推定、シミュレーテッド・ブリルアン散乱（SBS）とシミュレーテッド・ラマン散乱（SRS）の影響、高温電子の予熱への影響が要約されている。DT燃料の予熱をフェルミ比エネルギー程度に抑えるための高温電子の許容割合は、直接駆動キャプセルが間接駆動キャプセルより3〜4倍大きいことを示している。第12章と第13章は、ナショナル・イグニッション・ファシリティ（NIF）と点火ターゲットに充てられている。NIFは、192ビーム、周波数3倍化Nd:ガラスレーザーシステムであり、1.8MJ、500TWの出力を適切に整形されたパルスで供給できる。192ビームは4本ずつのグループにまとめられ、ホールラム内の各内側コーンに実効的に8スポット、各外側コーンに16スポットを形成する。各4ビームのクラスターは、実効的なf/8光学系を構成する。様々なターゲット設計が記述されており、例えば、ベースライン設計の300eVホールラムキャプセルは1.35MJの光を吸収し、点火点の炭化水素（CH）キャプセルは対称性、安定性、点火の要件を決定することを目的としており、さらにベリリウムアブレーターを用いた250eVの低温キャプセルは、流体力学的不安定性とレーザープラズマ効果の間のトレードオフを提供する。NIFのベースラインキャプセル設計は150kJを吸収し、そのうち約25kJが圧縮燃料に最終的に投入される。中心温度は10keVに達し、キャプセルが400kJを生成するとき、燃料エネルギー利得は約16倍、すなわちアルファ粒子の自己加熱が圧縮燃料に投入された初期エネルギーの約3倍となる。NIFのベースラインターゲットは、最大15MJの収量と約600倍の燃料利得が期待されている。NOVA実験とモデリングに基づく推定では、SBS、SRS、その他のプラズマ危険過程は許容範囲内に抑えられることが示されている。これらの条件が達成されない場合の最終手段は、ホールラムサイズを大きくし、レーザー強度を下げ、駆動温度を250eV設計の値まで下げることである。これによりプラズマ量が大幅に減少する。残る不確実性はターゲット設計の変更によって軽減できる。著者は、NIFで点火が達成されることに自信を持っており、その自信はセンチュリオン・ハライト地下核実験の結果によって強く裏付けられている。これらの実験は、高利得達成の優れた性能と基本的実現可能性を示している。著者は、直接駆動の進展がこのアプローチも非常に有望に見える段階に達したというコメントを思慮深く付け加えている。NIFは間接駆動と直接駆動の間を迅速に（1日以内で）切り替えることができるであろう。最後に、短い最終章（第13章）では、将来のICF発電所の最大の可能性について概説している。書評においては、通常、この本が主にどのような読者を対象としているか、その読者にとって適切なレベルで書かれているか、同じような目的を達成する他の書籍があるかどうか、といった疑問が提起される。序文の最後の節では、本書が1994年まで機密扱いであった間接駆動ICFに関する理論的・実験的研究と、世界中で行われた研究の詳細な分析を提供すると述べられている。本書はこの分野の研究者のための参考書として意図されている。各トピックには十分な入門的資料が含まれており、大学院生や新たにこの分野に興味を持った研究者にも使用できる。レーザー技術と診断法の開発のほとんどは本書では扱われていない。この評者には、その記述は本書が達成していることを簡潔に要約したものであると思われる。現役の核融合物理学者、特にICFに携わる者にとって、本書は有益かつ楽しいものとなるであろう。二次的な市場として、本書はレーザープラズマ物理学の大学院コースの教科書としても使用できるが、一部はレビュー論文のようなものである。同じような内容を扱う書籍としては、W.L. Kruerの『Physics of Laser Plasma Interactions』（Addison-Wesley, Redwood City, CA, 1988）があり、これは大学院生や一般のプラズマ物理学者に適した教科書である。また、C. Yamanakaの『Introduction to Laser Fusion』（Harwood Academic, Chur, 1991）は、米国エネルギー省の機密解除以前に、爆縮物理、レーザー、ターゲット設計、診断法を扱った唯一の書籍である。さらに、『Handbook of Plasma Physics』シリーズ（M.N. Rosenbluth and R.Z. Sagdeev編）の第3巻『Physics of Laser Plasma』（A.H. Rubenchik and S. Witkowski編、Elsevier Science, Amsterdam, 1991）も挙げられる。しかし、この最後の書籍はより大規模であり、やや多様なトピックを扱っている。現在レビュー中の本書の組版も、はるかに優れている。要約すると、私は本書をプラズマ物理の同僚、特にICFに携わる同僚に強く推薦したい。