AbstractWe investigate the energy loss of heavy ions in strongly coupled plasmas, by performing molecular dynamics (MD) computer simulations. These studies are of interest in heavy-ion-driven inertial confinement fusion, as well as for electron cooling. We consider the non-linear behavior for strong target-ion coupling parameters, i.e. ZΓ32,≳ 1, in non-ideal plasmas with Γ ≳ 0.1 (Z is the charge number of the ion and Γ is the plasma parameter of the target). The new features that we found from our simulation results can be summarized as follows. (1) For strong ion-target coupling, the energy loss of the ions at low velocities scales with Z as Z1.5, in agreement with recent experimental and other theoretical results. This clearly deviates from the Z2 ln(const.Z) scaling of the conventional weak coupling theories. (2) The change in the Z scaling has its origin in a non-linear screening that occurs for strong coupling and is associated with an increase in the (static) screening length above the Debye-Hückel result of the linear theory. (3) The non-linear screening is accompanied by electrons trapped by the ion into high Rydberg states, through multi-particle collisions. Compared with the case of linear coupling, this trapping causes an enhanced electron density around the ion. (4) The transient time dependence of the stopping power after switching on the ion-target interaction has characteristic time-scales that are a fraction of the plasma period.
我々は、強結合プラズマ中の重イオンのエネルギー損失を、分子動力学（MD）コンピュータシミュレーションによって調査する。これらの研究は、重イオン駆動慣性核融合や電子冷却において重要である。我々は、強い標的-イオン結合パラメータ、すなわちZΓ³/²≳1の場合の非線形挙動を、Γ≳0.1の非理想プラズマにおいて考察する（Zはイオンの電荷数、Γは標的のプラズマパラメータ）。シミュレーション結果から見出した新しい特徴は、以下のように要約される。(1) 強いイオン-標的結合の場合、低速度におけるイオンのエネルギー損失はZの1.5乗に比例してスケールし、これは最近の実験結果や他の理論結果と一致する。この結果は、従来の弱結合理論のZ²ln(const.Z)スケーリングから明確に逸脱している。(2) Zスケーリングの変化は、強結合で生じる非線形遮蔽に起因し、線形理論のデバイ-ヒュッケル結果よりも（静的な）遮蔽長が増大することと関連している。(3) 非線形遮蔽は、多粒子衝突を通じてイオンが電子を高いリュードベリ状態に捕獲することに伴う。線形結合の場合と比較して、この捕獲によりイオン周辺の電子密度が増大する。(4) イオン-標的相互作用をオンにした後の停止力の過渡的時間依存性は、プラズマ周期の数分の一の特性時間スケールを持つ。