Fusion fast ignition (FI) initiated by laser-driven ion beams is a promising concept examined in this paper. FI based on a beam of quasi-monoenergetic ions (protons or heavier ions) has the advantage of a more localized energy deposition, which minimizes the required total beam energy, bringing it close to the ≈10 kJ minimum required for fuel densities ∼500 g cm−3. High-current, laser-driven ion beams are most promising for this purpose. Because they are born neutralized in picosecond timescales, these beams may deliver the power density required to ignite the compressed DT fuel, ∼10 kJ/10 ps into a spot 20 µm in diameter. Our modelling of ion-based FI include high fusion gain targets and a proof of principle experiment. That modelling indicates the concept is feasible, and provides confirmation of our understanding of the operative physics, a firmer foundation for the requirements, and a better understanding of the optimization trade space. An important benefit of the scheme is that such a high-energy, quasi-monoenergetic ignitor beam could be generated far from the capsule (⩾1 cm away), eliminating the need for a reentrant cone in the capsule to protect the ion-generation laser target, a tremendous practical benefit. This paper summarizes the ion-based FI concept, the integrated ion-driven FI modelling, the requirements on the ignitor beam derived from that modelling, and the progress in developing a suitable laser-driven ignitor ion beam.
レーザー駆動イオンビームによる高速点火（FI）は、本論文で検討される有望な概念である。準単色イオンビーム（陽子またはより重いイオン）に基づくFIは、より局所的なエネルギー付与という利点を有し、これにより必要な全ビームエネルギーが最小化され、約10 kJという、燃料密度約500 g cm⁻³に対する必要最小限に近づく。大電流のレーザー駆動イオンビームは、この目的に最も有望である。それらはピコ秒の時間スケールで中和された状態で生成されるため、これらのビームは、直径20 µmのスポットへの約10 kJ/10 psという、圧縮DT燃料への点火に必要なパワー密度を供給し得る。イオンベースのFIに関する我々のモデリングには、高利得ターゲットと原理実証実験が含まれる。そのモデリングは、この概念が実現可能であることを示し、関連する物理の理解の確認、要件のより強固な基盤、および最適化トレードスペースのより良い理解を提供する。この方式の重要な利点は、そのような高エネルギーの準単色点火ビームをカプセルから遠く（1 cm以上離れて）生成できることにより、イオン生成レーザーを保護するためのカプセル内リエントラントコーンが不要となる点であり、これは大きな実用的利点である。本論文は、イオンベースのFI概念、統合されたイオン駆動FIモデリング、そのモデリングから導出された点火ビームに対する要件、および適切なレーザー駆動点火イオンビームの開発における進展を要約する。