The self-pinched ion beam transport in plasmas with finite radius and nonuniform transverse density profile are investigated with a two-dimensional electromagnetic particle-in-cell simulation code. Electron holes are formed in such plasmas due to the attraction of the ion beam and are shown to propagate with the ion beam. The ion beam charge can be overcompensated by the plasma electrons provided that the radial density distribution of the ion beam overlaps with the electron holes. In this case, the radial electric field exerted on the beam ions increases significantly and becomes focusing. The plasma return current is found to enhance the ion beam current, leading to a higher self-pinched force in the radial direction. An ion beam with higher density and small radius thus can be obtained in such plasmas, which is favorite for the self-pinched ion beam transport.
有限半径かつ非一様な横方向密度分布を持つプラズマ中での自己ピンチイオン輸送を、二次元電磁粒子セルシミュレーションコードを用いて調査した。このようなプラズマ中では、イオンビームの引力により電子ホールが形成され、それらがイオンビームとともに伝播することが示された。イオンビームの電荷は、イオンビームの動径方向密度分布が電子ホールと重なる場合に限り、プラズマ電子によって過剰補償され得る。この場合、ビームイオンに作用する動径方向電場は著しく増大し、集束性を示す。プラズマのリターン電流はイオンビーム電流を増強することが見出され、これにより動径方向の自己ピンチ力がより強くなる。このようにして、より高密度かつ小半径のイオンビームがこのようなプラズマ中で得られ、これは自己ピンチイオン輸送にとって好都合である。