In indirect-drive inertial confinement fusion (ICF), plasma mixing between high-Z hohlraum plasmas and low-Z filling plasmas significantly affects local plasma conditions, thereby influencing the evaluation of laser plasma instabilities (LPI). This study investigates the diffusion-driven mixing between hohlraum-ablated Au plasmas and filling C5H12 plasmas using one-dimensional particle-in-cell simulations. We find that ion–ion collisions slow the diffusion of ions, rendering Au ions sub-diffusive, while C and H ions remain super-diffusive. Due to their lower collisionality, H ions diffuse faster into Au regions than C ions, leading to a distinct separation between C and H ions at the interface. Compared with collisionless scenarios, the electrostatic shock wave persists at the plasma interface even in the presence of collisions, though collisions notably reduce its electric field amplitude and propagation velocity. Systematic analyses show that laser irradiation and plasma flow have minimal influence on ion mixing speed compared to diffusion-driven mechanisms, whereas inhomogeneous density profiles substantially restrict ion diffusion from low density to high density regions. By incorporating realistic hohlraum plasma conditions from radiation hydrodynamic models into our simulations, we demonstrate the persistent dominance of diffusion-driven ion mixing. Further theoretical calculations indicate that the penetration of H and C into Au plasmas suppresses stimulated Brillouin scattering within the mixing layer. This highlights the importance of incorporating ion mixing processes into LPI modeling for more accurate predictions in ICF experiments.
間接駆動慣性核融合(ICF)において、高Zホーラムプラズマと低Z充填プラズマとの間のプラズマ混合は局所的なプラズマ条件に大きく影響し、それによりレーザープラズマ不安定性(LPI)の評価に影響を及ぼす。本研究では、一次元粒子インセルシミュレーションを用いて、ホーラムアブレーションAuプラズマと充填C5H12プラズマとの間の拡散駆動混合を調査する。我々は、イオン-イオン衝突がイオンの拡散を遅くし、Auイオンを亜拡散にする一方、CおよびHイオンは超拡散のままであることを見出す。より低い衝突頻度のため、HイオンはCイオンよりも速くAu領域に拡散し、界面でCイオンとHイオンの明確な分離を引き起こす。無衝突シナリオと比較して、静電衝撃波は衝突が存在する場合でもプラズマ界面に持続するが、衝突はその電場振幅と伝播速度を著しく低下させる。系統的分析により、レーザー照射とプラズマ流は、拡散駆動メカニズムと比較してイオン混合速度への影響は最小限であることが示される一方、不均一な密度プロファイルは低密度領域から高密度領域へのイオン拡散を大幅に制限することが示される。放射流体力学モデルからの現実的なホーラムプラズマ条件をシミュレーションに組み込むことにより、拡散駆動イオン混合の持続的な優位性を実証する。さらなる理論計算は、HおよびCのAuプラズマへの浸透が混合層内の誘導ブリルアン散乱を抑制することを示している。これは、ICF実験におけるより正確な予測のために、LPIモデリングにイオン混合プロセスを組み込むことの重要性を強調する。