Fast ignition by laser-driven ion beams benefits from the strong collisional interaction of energetic ions with the imploded fuel. However, conditions for an efficient transformation of the laser pulse energy into ion kinetic energy and for the transport of these ions from the acceleration region to the fusion pellet core without significant temporal and angular spread have to be clarified. The laser ponderomotive force may provide efficient ion acceleration in bulk dense targets such as a precompressed DT capsule and evacuate a channel for further laser beam propagation. The main characteristics of ponderomotive ion acceleration and channel formation inferred from analytical theory and confirmed by particle-in-cell simulations are applied for the design of a new scheme of ion fast ignition. Contrary to schemes based on the mechanism of target normal sheath ion acceleration, at least two laser pulses are used in our proposal. The first pulse (or a sequence of several pulses) creates a channel with a diameter of ∼20 µm through the plasma corona up to a fuel density of ∼1 g cm−3. The second pulse with a higher intensity of ∼1022 W cm−2 accelerates the deuterium and tritium ions at the head of this channel to energies 5–25 MeV on a time scale less than 1–3 ps. The overall ignition energy in this proposal is relatively high, ≳100 kJ, but no additional target arrangements will be required. This feature makes the scheme attractive for a high repetition rate operation.
レーザー駆動イオンビームによる高速点火は、高エネルギーイオンと爆縮燃料との強い衝突相互作用から利得を得る。しかしながら、レーザーパルスエネルギーをイオン運動エネルギーへ効率的に変換するための条件、およびこれらのイオンを加速領域から核融合ペレット中心部まで大きな時間的・角度広がりなしに輸送するための条件は、明確にされなければならない。レーザーのポンデロモーティブ力は、予圧縮されたDTカプセルなどのバルク高密度ターゲットにおいて効率的なイオン加速を提供し、さらなるレーザービーム伝搬のためのチャネルを evacuate する可能性がある。解析理論から導出され、粒子インセルシミュレーションによって確認されたポンデロモーティブイオン加速とチャネル形成の主な特性は、イオン高速点火の新しいスキームの設計に適用される。ターゲット法線シースイオン加速のメカニズムに基づくスキームとは対照的に、我々の提案では少なくとも2つのレーザーパルスが使用される。最初のパルス（または複数のパルスのシーケンス）は、プラズマコロナを通って燃料密度∼1 g cm⁻³に至るまで、直径∼20 µmのチャネルを生成する。2番目のパルスは、∼10²² W cm⁻²のより高い強度を有し、このチャネルの先頭部で重水素イオンとトリチウムイオンを1–3 ps未満の時間スケールで5–25 MeVのエネルギーに加速する。この提案における全体の点火エネルギーは比較的高く、≳100 kJであるが、追加のターゲット配置は必要とされない。この特徴により、このスキームは高繰り返し動作にとって魅力的なものとなる。