The propagation of a high current relativistic electron beam through a dense plasma, for example, in fast-ignition inertial confinement fusion, produces strong heating and magnetic field generation. The j × B force and thermal pressure gradient that the return current creates may in fact cavitate and cause shock waves in the plasma around the electron beam.Here we investigate this effect in different regimes of plasma density and hot electron current. An analytic model has been developed that gives good estimates of the density, pressure, magnetic field and velocity obtained in the plasma. This model is compared against the results from an MHD code that includes the effects of resistive field growth, Ohmic heating and the j × B force. The strength of the cavitation is found to be dependent upon the ratio between j2 and the initial mass density. It is shown that cavitation is indeed relevant to fast-ignition, and is strong enough to launch shocks in certain circumstances.
高電流相対論的電子ビームの高密度プラズマ中での伝播は、例えば高速点火慣性核融合において、強い加熱と磁場生成を生じさせる。戻り電流が作り出すj × B力と熱圧勾配は、実際に電子ビーム周囲のプラズマ中でキャビテーションを引き起こし、衝撃波を発生させ得る。本論文では、異なるプラズマ密度と高エネルギー電子電流の条件下でこの効果を調査する。プラズマ中で得られる密度、圧力、磁場、速度の良好な推定値を与える解析モデルを構築した。このモデルを、抵抗性磁場成長、オーミック加熱、およびj × B力の効果を含むMHDコードの結果と比較した。キャビテーションの強度は、j²と初期質量密度の比に依存することが見出された。キャビテーションが高速点火に実際に関連し、特定の状況下では衝撃波を発生させるのに十分強いことが示された。