The fast ignition concept of laser fusion utilizes hot electrons produced at the surface of the target by an incident intense laser pulse for the creation of the hot spot for ignition. As the hot electrons move inwards to the core of the precompressed target, the electrons from the background plasma provide a return shielding current. Three-dimensional PIC simulations have shown that intense Weibel, tearing and coalescence instabilities take place which organize the current distribution into a few current filaments. In each of these filaments the central core region constitutes a current due to the fast electrons propagating inwards towards the pellet core, while the outer cylindrical shell region carries the return shielding current. The presence of instabilities and their subsequent nonlinear development can hinder the propagation of fast electrons towards the core influencing the location of the hot spot for ignition. Earlier studies showing the existence of sausage-like modes were carried out in the non-relativistic limit and under the assumption of equal electron densities of the fast and the cold electrons. The fast electron density, in general, differs considerably from the background plasma density as it is dependent on the incident laser intensity. This paper incorporates relativistic effects and also studies the dependence of the growth rate on the fast electron density. Finally, nonlinear saturation of the instability and its impact on the stopping of the fast electron motion towards the core have also been investigated using numerical simulations. The simulations have, however, currently been carried out for non-relativistic dynamics. The results show that the sheared velocity profile of the channel gets flattened, causing an effective drop in the inward moving current.
レーザー核融合の高速点火概念は、入射する強力なレーザーパルスによってターゲット表面で生成された高温電子を利用して、点火のためのホットスポットを生成する。高温電子が予圧縮されたターゲットのコアに向かって内方へ移動する際、背景プラズマからの電子が帰還遮蔽電流を提供する。三次元PICシミュレーションにより、強いウィーベル不安定性、ティアリング不安定性、および合体不安定性が発生し、電流分布がいくつかの電流フィラメントに組織化されることが示されている。各フィラメントにおいて、中心コア領域はペレットコアに向かって内方へ伝播する高温電子による電流を構成し、一方、外側の円筒シェル領域は帰還遮蔽電流を担う。不安定性の存在とその後の非線形発展は、点火のためのホットスポットの位置に影響を与えながら、コアに向かう高温電子の伝播を妨げる可能性がある。ソーセージ型モードの存在を示す初期の研究は、非相対論的極限と、高温電子と低温電子の密度が等しいという仮定の下で行われた。高温電子密度は、一般に、入射レーザー強度に依存するため、背景プラズマ密度とはかなり異なる。本論文では、相対論的効果を組み込み、成長率の高温電子密度への依存性も考察する。最後に、不安定性の非線形飽和と、コアに向かう高温電子の運動の停止に対するその影響も数値シミュレーションを用いて調査した。しかし、シミュレーションは現在のところ非相対論的ダイナミクスに対して実施されている。結果は、チャネルのせん断速度プロファイルが平坦化され、内方へ向かう電流の実効的な減少を引き起こすことを示している。