Research on fusion fast ignition (FI) initiated by laser-driven ion beams has made substantial progress in the last years. Compared with electrons, FI based on a beam of quasi-monoenergetic ions has the advantage of a more localized energy deposition, and stiffer particle transport, bringing the required total beam energy close to the theoretical minimum. Due to short pulse laser drive, the ion beam can easily deliver the 200 TW power required to ignite the compressed D–T fuel. In integrated calculations we recently simulated ion-based FI targets with high fusion gain targets and a proof of principle experiment [1]. These simulations identify three key requirements for the success of ion-driven fast ignition (IFI): (1) the generation of a sufficiently high-energetic ion beam (≈400–500 MeV for C), with (2) less than 20% energy spread at (3) more than 10% conversion efficiency of laser to beam energy. Here we present for the first time new experimental results, demonstrating all three parameters in separate experiments. Using diamond nanotargets and ultrahigh contrast laser pulses we were able to demonstrate >500 MeV carbon ions, as well as carbon pulses with ΔE/E < 20%. The first measurements put the total conversion efficiency of laser light into high energy carbon ions on the order of 10%.
レーザー駆動イオンビームによって開始される核融合高速点火(FI)に関する研究は、ここ数年で大幅に進展している。電子と比較して、準単色イオンビームに基づくFIは、より局所的なエネルギー堆積と、より堅固な粒子輸送という利点を有し、必要な全ビームエネルギーを理論上の最小値に近づける。短パルスレーザー駆動により、イオンビームは圧縮されたD–T燃料を点火するために必要な200 TWのパワーを容易に供給できる。統合計算において、我々は最近、高核融合利得ターゲットを備えたイオンベースFIターゲットと原理実証実験[1]をシミュレーションした。これらのシミュレーションは、イオン駆動高速点火(IFI)の成功のための3つの重要な要件を明らかにしている：(1) 十分に高エネルギーのイオンビーム（Cについては≈400–500 MeV）の生成、(2) 20%未満のエネルギー広がり、(3) レーザーからビームエネルギーへの10%を超える変換効率。ここでは、初めて、3つのパラメータすべてを別々の実験で実証した新しい実験結果を提示する。ダイヤモンドナノターゲットと超高コントラストレーザーパルスを用いて、>500 MeVの炭素イオンと、ΔE/E < 20%の炭素パルスを実証することができた。最初の測定では、レーザー光から高エネルギー炭素イオンへの総変換効率は10%程度であるとされた。