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Physics of laser plasma interaction and particle transport in the context of inertial confinement fusion

V.T. Tikhonchuk2019年被引用 18Nuclear FusionIF 3出版社

Lasers are unique tools for transporting extremely high powers over large distances, but transfer of such a power from photons to matter in small volumes is a very complicated problem. First of all, the interaction proceeds very far from equilibrium, as with photons having energy of a few electron-volts one would like to heat plasma to temperatures thousand times higher. Second, these processes are strongly nonlinear, as they correspond to transfer energies of a large number of photons to a much smaller number of charged particles in extremely small volumes and in very short time scales. Research in inertial confinement fusion (ICF) gave a strong push for studying all these processes in detail, and now, although many issues remain to be resolved, we have quite a good understanding of how they operate in ICF conditions and what limitations and advantages they offer.In this short review, I share my personal recollections of almost 50 years history of the physics of laser plasma interaction. Understanding of highly nonlinear microscopic processes allowed us to improve the hydrodynamic performance of ICF targets and to foresee future developments. The key point is that multiscale modeling allowed for the retainment of major elements of microscopic physics in macroscopic hydrodynamic codes and make them more accurate and predictive.

日本語訳

レーザーは、極めて高いパワーを長距離にわたって輸送するための独自のツールであるが、そのようなパワーを光子から小さな体積の物質へと移すことは、非常に複雑な問題である。まず第一に、この相互作用は平衡状態から極めて遠く離れて進行する。なぜなら、数電子ボルトのエネルギーを持つ光子を用いて、プラズマをその千倍もの温度まで加熱することが求められるからである。第二に、これらの過程は強く非線形である。なぜなら、それは極めて小さな体積と極めて短い時間スケールにおいて、多数の光子からはるかに少数の荷電粒子へのエネルギー移動に対応するからである。慣性核融合(ICF)における研究は、これらすべての過程を詳細に研究することを強く後押しし、現在では、解決すべき多くの問題が残されてはいるものの、それらがICF条件下でどのように機能するか、またどのような限界と利点をもたらすかについて、かなり深い理解が得られている。本短評では、レーザープラズマ相互作用の物理学における約50年の歴史に対する個人的な回顧を共有する。高度に非線形な微視的過程の理解は、ICFターゲットの流体力学的性能を向上させ、将来の展開を予見することを可能にした。重要な点は、マルチスケールモデリングによって、巨視的な流体力学的コードの中に微視的物理学の主要な要素を保持することが可能となり、それによりコードの精度と予測性が向上したことである。

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Inertial confinement fusionLaser plasmaParticle transportLaser-plasma interaction
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