Efficient laser-target energy coupling is of critical importance in inertial confinement fusion, where collisional absorption and laser-plasma instabilities (LPIs) compete to determine overall energy deposition. However, few studies have simultaneously captured both collisional absorption and LPIs, particularly in the kinetic regime. In this work, we develop a code capable of performing unified kinetic simulations of these two kinds of competing processes on sub-nanosecond timescales. The code builds upon a previous one-dimensional particle-mesh code PM1D, which was originally designed to simulate only LPIs, by self-consistently incorporating various collisional effects. It integrates collisional absorption and collisional damping terms into the electromagnetic wave equation and the motion equations for electrons and ions, coupled with the temperature evolution equations that describe energy deposition and thermal equilibration. Numerical tests verify that the upgraded PM1D code accurately simulates collisional effects across a broad range of laser-plasma parameters while maintaining robust numerical stability and high computational efficiency. Our simulations further reveal that collisional damping can effectively suppress stimulated Brillouin scattering, while its direct impact on stimulated Raman scattering (SRS) is negligible. Notably, collisional effects not only contribute directly to collisional absorption but can also enhance the anomalous absorption driven by various LPI processes. Moreover, the increase in plasma temperature resulting from collisional absorption elevates the electron plasma wave frequency, which may manifest as an experimentally observable redshift of the SRS scattered light. This work therefore establishes a robust numerical framework for investigating the complex interplay between collisional processes and LPIs in laser-target coupling.
レーザーとターゲットのエネルギー結合効率は、慣性核融合において極めて重要であり、そこでは衝突吸収とレーザープラズマ不安定性(LPIs)が競合して全体的なエネルギー堆積を決定する。しかしながら、衝突吸収とLPIsの両方を同時に捉えた研究は、特に運動論的領域においてはほとんどない。本研究では、サブナノ秒の時間スケールでこれら二種類の競合過程の統一的運動論シミュレーションを実行できるコードを開発する。このコードは、当初LPIsのみをシミュレートするように設計された従来の一次元粒子メッシュコードPM1Dを基盤とし、様々な衝突効果を自己無撞着に組み込む。電磁波方程式および電子・イオンの運動方程式に衝突吸収項と衝突減衰項を統合し、エネルギー堆積と熱平衡化を記述する温度発展方程式と結合させる。数値テストにより、アップグレードされたPM1Dコードは、広範囲のレーザープラズマパラメータにわたって衝突効果を正確にシミュレートし、堅牢な数値安定性と高い計算効率を維持することが検証された。さらに、我々のシミュレーションは、衝突減衰が誘導ブリルアン散乱を効果的に抑制できる一方、誘導ラマン散乱(SRS)への直接的な影響は無視できることを明らかにする。注目すべきことに、衝突効果は衝突吸収に直接寄与するだけでなく、様々なLPI過程によって駆動される異常吸収を増強することもできる。さらに、衝突吸収によるプラズマ温度の上昇は電子プラズマ波周波数を上昇させ、これはSRS散乱光の実験的に観測可能な赤方偏移として現れ得る。したがって、この研究は、レーザーターゲット結合における衝突過程とLPIsの複雑な相互作用を調査するための堅牢な数値的枠組みを確立する。