Recent inertial confinement fusion experiments have shown primary fusion spectral moments which are incompatible with a Maxwellian velocity distribution description. These results show that an ion kinetic description of the reacting ions is necessary. We develop a theoretical classification of non-Maxwellian ion velocity distributions using the spectral moments. At the mesoscopic level, a monoenergetic decomposition of the velocity distribution reveals there are constraints on the space of spectral moments accessible by isotropic distributions. General expressions for the directionally dependent spectral moments of anisotropic distributions are derived. At the macroscopic level, a distribution of fluid element velocities modifies the spectral moments in a constrained manner. Experimental observations can be compared to these constraints to identify the character and isotropy of the underlying reactant ion velocity distribution and determine if the plasma is hydrodynamic or kinetic.
最近の慣性核融合実験では、マクスウェル速度分布の記述と両立しない一次スペクトルモーメントが示されている。これらの結果は、反応イオンのイオン運動論的記述が必要であることを示している。我々は、スペクトルモーメントを用いた非マクスウェル型イオン速度分布の理論的分類を展開する。メゾスコピックレベルでは、速度分布の単一エネルギー分解により、等方性分布が到達可能なスペクトルモーメントの空間に制約が存在することが明らかになる。異方性分布に対する方向依存スペクトルモーメントの一般式が導出される。マクロスコピックレベルでは、流体要素速度の分布がスペクトルモーメントを制約された方法で修正する。実験的観測はこれらの制約と比較することができ、基礎となる反応イオン速度分布の特性と等方性を特定し、プラズマが流体力学的であるか運動論的であるかを判定することが可能となる。