AbstractEfficient transport of intense ion beams is necessary for ion-driven inertial confinement fusion (ICF). The self-pinched transport scheme involves the focusing of an ion beam to a radius of about 1 cm or less. At this radius, using the beam's self-magnetic field for confinement, the ion beam propagates through the reactor chamber to an ICF target. A promising regime for self-pinched transport involves the injection of a high current beam into an initally neutral gas at about 200 mTorr less. A simple equilibrium theory of a beam with a temporally pinching radial envelope predicts that large confining magnetic fields are possible with net currents of more than 50% of the beam current. The magnitude of these fields is strongly dependent on the rate of ionization of the given ion species. We have simulated ion-beam propagation, using the hybrid code IPROP, which self-consistently calculates the gas breakdown and electromagnetic fields. In agreement with the theory, a propagation window of 20–200 mTorr of argon is calculated for a 50 kA, 5 MeV proton beam similar to the parameters of the SABRE accelerator at Sandia National Laboratories. We present simulations of the focusing and propagation of the SABRE beam, with the purpose of designing a self-pinch experiment.
高効率イオンビーム輸送は、イオン駆動型慣性核融合（ICF）に必要不可欠である。自己ピンチ輸送方式は、イオンビームを約1cm以下の半径に集束させることを伴う。この半径において、ビームの自己磁場を閉じ込めに利用し、イオンビームは反応容器内を伝播してICFターゲットに到達する。自己ピンチ輸送の有望な領域は、約200mTorr以下の初期中性ガス中に高電流ビームを入射することを伴う。時間的にピンチする半径方向の包絡線を持つビームの単純な平衡理論は、ビーム電流の50%以上の正味電流によって大きな閉じ込め磁場が可能であることを予測する。これらの磁場の大きさは、与えられたイオン種の電離速度に強く依存する。我々は、ハイブリッドコードIPROPを用いてイオンビーム伝播のシミュレーションを行った。IPROPは、ガス絶縁破壊と電磁場を自己無撞着に計算する。理論と一致して、サンディア国立研究所のSABRE加速器のパラメータに類似した50kA、5MeV陽子ビームについて、20〜200mTorrのアルゴン中の伝播ウィンドウが計算された。我々は、自己ピンチ実験を設計する目的で、SABREビームの集束と伝播のシミュレーション結果を示す。