A physical model is presented for the study of parametric instabilities in inertial confinement fusion (ICF), which considers the coupling of the incident and scattered electromagnetic waves with plasma electrons and ions. Specially, this model is solved numerically with the particle-mesh method, where the plasma is represented by macro-particles both for electrons and ions, and the velocity and position of each macro-particle are numerically updated by using the particle-mesh method. The developed particle-mesh code in one-dimensional geometry (PM1D) is utilized to study the development of parametric instabilities at the nonlinear stages, where electron plasma wave breaking, particle trapping, hot electron generation and density cavity formation can occur. Particle-in-cell (PIC) simulations are carried out to verify this PM1D code. By comparison, it is found that this PM1D code is able to capture the kinetic effects and precisely describe the developments of parametric instabilities at nonlinear stages as the PIC simulations while saving the computation time obviously. Furthermore, a test simulation of the stimulated Raman scattering evolution up to 200 ps verifies the robustness of this PM1D code.
慣性核融合におけるパラメトリック不安定性の研究のための物理モデルを提示する。このモデルは、入射電磁波および散乱電磁波とプラズマ中の電子およびイオンとの結合を考慮する。特に、このモデルは粒子メッシュ法を用いて数値的に解かれ、プラズマは電子およびイオンの両方についてマクロ粒子によって表現され、各マクロ粒子の速度と位置は粒子メッシュ法を用いて数値的に更新される。開発された一次元幾何学における粒子メッシュコード（PM1D）は、非線形段階におけるパラメトリック不安定性の発展を研究するために利用され、そこでは電子プラズマ波の波破れ、粒子捕捉、高温電子の生成、および密度空洞の形成が生じ得る。粒子インセル（PIC）シミュレーションを実施して、このPM1Dコードを検証する。比較により、このPM1DコードはPICシミュレーションと同様に非線形段階におけるパラメトリック不安定性の発展を正確に記述しつつ、計算時間を明らかに節約できることが見出された。さらに、200 psまでの刺激ラマン散乱の進化に関する試験シミュレーションは、このPM1Dコードの堅牢性を検証する。