The energy deposition of alpha particles produced by deuterium–tritium (DT) fusion reactions plays a critical role in achieving self-sustaining burn in inertial confinement fusion (ICF). Accurate modeling of charged particle transport in hot, dense plasmas remains a challenging task due to the complex interplay of Coulomb collisions, collective effects, and material properties. In this work, the modified Li-Petrasso (MLP) theory is implemented into the Geant4 Monte-Carlo simulation toolkit to enable high-fidelity modeling of alpha particle transportation in ICF-relevant plasmas. This work constructs a detailed geometric model of a DT fuel capsule comprising 50 concentric spherical layers and performs simulations. The ranges, energy partition ratios between electrons and ions, layered energy deposition ratio of alpha particles and the collision frequency of alpha particles and neutrons with fuel ions are systematically analyzed and compared with predictions from MD and BPS theories. The results show that the range of alpha particles increases significantly with temperature and is less sensitive to density changes. The energy partition ratio to ions increases with both temperature and density, though discrepancies with existing models are observed near the Bragg peak. Layered energy deposition ratios reveal that higher densities localize energy deposition inward, while higher temperatures shift deposition outward, aiding burn propagation. The results also show that although fusion-neutrons carry away most of energy, they still undergo a number of elastic scatters inside the plasma. This study firstly demonstrates implementation of MLP within Monte-Carlo toolkit for simulating charged particle transportation in fusion plasmas and provides insights essential for optimizing ICF target design.
重水素-三重水素(DT)核融合反応によって生成されるアルファ粒子のエネルギー付与は、慣性核融合(ICF)における自己維持燃焼を達成する上で重要な役割を果たす。高温高密度プラズマにおける荷電粒子輸送の正確なモデリングは、クーロン衝突、集団効果、および物質特性の複雑な相互作用のために、依然として困難な課題である。本研究では、修正Li-Petrasso(MLP)理論をGeant4モンテカルロシミュレーションツールキットに実装し、ICF関連プラズマにおけるアルファ粒子輸送の高忠実度モデリングを可能にする。本研究は、50の同心球層からなるDT燃料カプセルの詳細な幾何学モデルを構築し、シミュレーションを実施する。アルファ粒子の飛程、電子とイオン間のエネルギー分配比、アルファ粒子の層状エネルギー付与比、およびアルファ粒子と中性子の燃料イオンとの衝突頻度を系統的に解析し、MD理論およびBPS理論からの予測と比較する。結果は、アルファ粒子の飛程が温度とともに有意に増加し、密度変化に対してはあまり敏感でないことを示す。イオンへのエネルギー分配比は温度と密度の両方とともに増加するが、ブラッグピーク近傍では既存モデルとの不一致が観察される。層状エネルギー付与比は、より高い密度がエネルギー付与を内側に局在化させる一方、より高い温度は付与を外側へ移動させ、燃焼伝播を助けることを明らかにする。結果はまた、核融合中性子がエネルギーの大部分を運び去るが、それでもプラズマ内部で多数の弾性散乱を受けることを示す。本研究は、核融合プラズマ中の荷電粒子輸送をシミュレートするためのモンテカルロツールキット内でのMLPの実装を初めて実証し、ICFターゲット設計の最適化に不可欠な洞察を提供する。