Over the past two years noteworthy experimental and theoretical progress has been made towards the top-level scientific question for the US programme on heavy-ion-fusion-science and high energy density physics: 'How can heavy-ion beams be compressed to the high intensity required to create high energy density matter and fusion conditions?' New results in transverse and longitudinal beam compression, high-brightness transport and beam acceleration will be reported. Central to this campaign is final beam compression. With a neutralizing plasma, we demonstrated transverse beam compression by an areal factor of over 100 and longitudinal compression by a factor of > 50. We also report on the first demonstration of simultaneous transverse and longitudinal beam compression in plasma. High beam brightness is key to high intensity on target, and detailed experimental and theoretical studies on the effect of secondary electrons on beam brightness degradation are reported. A new accelerator concept for near-term low-cost target heating experiments was invented, and the predicted beam dynamics validated experimentally. We show how these scientific campaigns have created new opportunities for interesting target experiments in the warm dense matter regime. Finally, we summarize progress towards heavy-ion fusion, including the demonstration of a compact driver-size high-brightness ion injector. For all components of our high intensity campaign, the new results have been obtained via tightly coupled efforts in experiments, simulations and theory.
過去2年間にわたり、米国の重イオン核融合科学および高エネルギー密度物理プログラムにおける最上位の科学的問い、すなわち「高エネルギー密度物質および核融合条件を創出するために必要な高強度へ重イオンビームをいかに圧縮するか」に対して、顕著な実験的および理論的進展が達成された。横方向および縦方向のビーム圧縮、高輝度輸送、ビーム加速における新たな成果が報告される。このキャンペーンの中心となるのは最終段階のビーム圧縮である。中和プラズマを用いることで、横方向には面積比で100倍以上の圧縮、縦方向には50倍以上の圧縮を実証した。さらに、プラズマ中での横方向・縦方向同時圧縮の初の実証についても報告する。標的における高強度を実現する鍵はビームの高輝度であり、二次電子がビーム輝度の劣化に及ぼす影響に関する詳細な実験的・理論的研究が報告される。近期的な低コスト加熱実験のための新しい加速器概念が考案され、予測されたビーム力学は実験的に検証された。これらの科学的キャンペーンが、暖かく高密度な物質状態における標的実験の新たな機会をどのように創出したかを示す。最後に、コンパクトなドライバー規模の高輝度イオン入射器の実証を含む、重イオン核融合に向けた進展を概説する。我々の高強度キャンペーンの全構成要素において、新たな成果は実験、シミュレーション、理論の緊密な連携を通じて得られた。