Carbon ions are used to heat the precompressed deuterium–tritium (DT) fuel in a cone-guided fast ignitor scheme with an areal mass density of about 2.6 g cm−2. An ultra-intense laser pulse with a focal intensity of 1.45 × 1022 W cm−2 accelerates the carbon ions to an energy of 450 MeV from a homogeneous layer of 0.2 g/cm3 density, which fills the head of the gold cone. Pellet ignition was observed in hybrid numerical simulations for a laser energy of about 65 kJ in a rectangular pulse of 4 ps duration. This corresponds to estimated overall efficiencies of more than 24% for ion acceleration and 17% for core heating. Reducing the laser intensity to the value 5 × 1021 W cm−2, carbon ions with the energy of 175 MeV will be accelerated, and ignition occurred in hydrodynamic simulations for a laser energy of 115 kJ at a reduced heating efficiency of 6%. The comparison with ignition of a large-scale DT pellet, showing similar hydrodynamic characteristics and heated by in situ accelerated DT ions with 10 MeV mean energy, demonstrates the advantage of the carbon ion ignitor beam due to the more effective acceleration and expected higher directionality.
炭素イオンは、約2.6 g cm⁻²の面密度を有するコーンガイド高速点火方式において、予圧縮された重水素–トリチウム（DT）燃料を加熱するために使用される。焦点強度1.45 × 10²² W cm⁻²の超高強度レーザーパルスは、コーンの先端部を満たす密度0.2 g/cm³の均質な層から、エネルギー450 MeVの炭素イオンを加速する。ハイブリッド数値シミュレーションにおいて、持続時間4 psの矩形パルスで約65 kJのレーザーエネルギーを用いた場合、ペレット点火が観測された。これは、イオン加速効率が24%以上、コア加熱効率が17%以上であるという推定全体効率に相当する。レーザー強度を5 × 10²¹ W cm⁻²の値に低減すると、エネルギー175 MeVの炭素イオンが加速され、115 kJのレーザーエネルギーを用いた流体力学シミュレーションにおいて点火が発生し、加熱効率は6%に低下した。同様の流体力学特性を示し、平均エネルギー10 MeVのその場加速DTイオンによって加熱される大規模DTペレットの点火との比較は、より効果的な加速と期待される高い指向性により、炭素イオン点火ビームの利点を実証している。