The conditions for generating light ions (Li3+, Be4+, C6+ and Al13+) that have suitable energy deposition for the fast ignition of fusion targets via the interaction of an intense ultrashort pulse laser with thin targets (converters) are investigated theoretically. The laser and converter parameters are estimated assuming monoenergetic ions and a one-dimensional parallel plane geometry. Laser energy densities of 3–20 J µm−2 focused onto a spot with radius 30–100 µm are required to attain the necessary kinetic energies of 10–50 MeV/nucleon, depending on the type of ion. Self-consistent two-dimensional relativistic particle-in-cell simulations show that light ions can be accelerated to the required conditions with a conversion efficiency of laser energy into ions of up to 25%. Using the output ion energy distribution function, a one-dimensional energy deposition model calculates the conversion efficiency of ion beam energy into the core of the DT fuel. We conclude that fast ignition driven by all light ions under consideration can potentially be used as an alternative to electrons and protons.
高速点火核融合のための適切なエネルギー付与を有する軽イオン（Li3+、Be4+、C6+、Al13+）を生成する条件を、薄膜ターゲット（コンバーター）と強力な超短パルスレーザーの相互作用により理論的に研究した。レーザーおよびコンバーターのパラメータは、単色イオンと一次元平行平板幾何学を仮定して推定した。イオンの種類に応じて、必要な運動エネルギー10–50 MeV/核子を達成するには、3–20 J µm⁻²のレーザーエネルギー密度を、半径30–100 µmのスポットに集光する必要がある。自己無撞着な二次元相対論的粒子シミュレーションにより、軽イオンはレーザーエネルギーからイオンへの変換効率が最大25%で必要な条件まで加速され得ることが示された。得られたイオンエネルギー分布関数を用いた一次元エネルギー付与モデルにより、イオンビームのエネルギーがDT燃料コアへ変換される効率を計算した。検討したすべての軽イオンによる高速点火は、電子および陽子を用いる方式の代替手段として利用できる可能性があると結論付ける。