Accurate prediction of alpha particle stopping powers in a laser-induced plasma is critical for inertial confinement fusion (ICF) and magnetic fusion energy research. This study presents a comprehensive comparison of four distinct approaches: the novel single-scattering Monte Carlo approach, the Li–Petrasso (LP) theory, the modified LP (MLP), and the Brown–Preston–Singleton formulation. Through Monte Carlo simulations across diverse plasma regimes (0.1–20 MeV, 10 g/cc), we demonstrate the Novel Single Scattering Model’s (NSSM) superior accuracy in predicting alpha particle stopping power for deuterium–tritium DT and proton-boron p-11B fusion plasmas. Compared to molecular dynamics benchmarks, NSSM reduces Bragg peak errors by 15%–30% relative to MLP formulations in high-density regimes (ρ > 100 g cm−3, keV). The model uniquely captures non-Maxwellian target responses, resulting in up to 80% higher fusion reactivity predictions at keV due to energetic ion populations (0.1–20 MeV) generated by low-energy alphas. NSSM further reveals range dispersion effects extending particle trajectories by 14%–24% compared to continuum models, with p-B exhibiting 18% stronger dispersion than DT at ρ = 10 g cm−3. These kinetic effects significantly improve ignition predictions for aneutronic fuels and will be further validated through integration into the Geant4 toolkit for ICF simulations. Benchmark results confirm NSSM’s fidelity in resolving energy deposition physics missed by MLP approaches.
レーザー誘起プラズマ中のアルファ粒子阻止能の正確な予測は、慣性核融合（ICF）および磁気核融合エネルギー研究において極めて重要である。本研究は、4つの異なる手法、すなわち新規単一散乱モンテカルロ手法、Li–Petrasso（LP）理論、修正LP（MLP）、およびBrown–Preston–Singleton定式化の包括的な比較を示す。多様なプラズマ領域（0.1–20 MeV、10 g/cc）にわたるモンテカルロシミュレーションを通じて、我々は新規単一散乱モデル（NSSM）が重水素–トリチウムDTおよび陽子–ホウ素p-11B核融合プラズマに対するアルファ粒子阻止能の予測において優れた精度を持つことを実証する。分子動力学ベンチマークと比較して、NSSMは高密度領域（ρ > 100 g cm−3, keV）においてMLP定式化に対するブラッグピーク誤差を15%–30%低減する。このモデルは非マクスウェル標的応答を独自に捕捉し、低エネルギーアルファ粒子によって生成された高エネルギーイオン集団（0.1–20 MeV）により、 keVでの核融合反応率予測が最大80%高くなる結果をもたらす。NSSMはさらに、連続体モデルと比較して粒子軌道を14%–24%延長する飛程分散効果を明らかにし、ρ = 10 g cm−3ではp-BがDTよりも18%強い分散を示す。これらの運動論的効果は、無中性子燃料の点火予測を有意に改善し、ICFシミュレーションのためのGeant4ツールキットへの統合を通じてさらに検証される予定である。ベンチマーク結果は、MLP手法では捕捉されないエネルギー付与物理を解明するNSSMの忠実性を確認する。