The overtaking and coalescence of plasma shocks are important scientific topics in inertial confinement fusion design. We present the comparative study of the impact of ion kinetic effects on the overtaking and coalescence of two shocks in deuterium (D) plasmas of various densities with both hybrid fluid-particle-in-cell simulations and hydrodynamic simulations. It is found that the energetic ions escaping from 2 shock can prevent the compression of the fuel layer, by accelerating and heating upstream plasmas. In the strong-collision case (), the coalescent density is reduced by about 8% due to the decreased shock Mach number resulting from energetic ion deposition in the upstream region. In the weak-collision case (), the conversion efficiency of ion kinetic energy to internal energy is inhibited due to the increased ion mean free path, and the coalescent pressure is reduced by about 23%. In addition, the fast ions with a velocity c can drift further with an approximately constant velocity. This mechanism offers a potential explanation for persistently overestimated fuel compression in design simulations of layered implosions. These results also provide a new dataset valuable for benchmarking radiation hydrodynamic models and improving understanding of shock physics.
プラズマ衝撃波の追い越しと合体は、慣性核融合設計における重要な科学的トピックである。我々は、ハイブリッド流体-粒子インセルシミュレーションと流体力学シミュレーションの両方を用いて、様々な密度の重水素(D)プラズマ中の2つの衝撃波の追い越しと合体に対するイオン運動論効果の影響の比較研究を提示する。衝撃波2から逃れる高エネルギーイオンが、上流プラズマを加速・加熱することにより、燃料層の圧縮を防ぐことができることが見いだされた。強衝突の場合()、上流領域での高エネルギーイオン堆積に起因する衝撃波マッハ数の低下により、合体密度は約8%減少する。弱衝突の場合()、イオン平均自由行程の増加によりイオン運動エネルギーから内部エネルギーへの変換効率が抑制され、合体圧力は約23%減少する。さらに、速度 cを持つ高速イオンは、ほぼ一定の速度でさらにドリフトすることができる。このメカニズムは、層状爆縮の設計シミュレーションにおいて燃料圧縮が持続的に過大評価されることに対する潜在的な説明を提供する。これらの結果はまた、放射流体力学モデルのベンチマークや衝撃波物理学の理解向上に有用な新しいデータセットを提供する。