パラメトリック不安定性

パラメトリック不安定性（parametric instability）とは、プラズマ中を伝搬する強いポンプ波（レーザー光や高電力の高周波波）が、周波数と波数のマッチング条件を満たす二つの「娘波」へエネルギーを渡すことで増幅される、三波共鳴相互作用に基づく不安定性の総称である。ポンプ波の振動する「パラメータ」（電場や密度擾乱）が媒質の固有モードを周期的に駆動し、そのモードが成長するとさらにポンプ波を変調するという正帰還が働く。レーザー核融合におけるレーザー・プラズマ相互作用でも、磁場閉じ込めプラズマの高周波加熱・電流駆動でも、この不安定性はポンプ波エネルギーの異常散乱や損失、ホット電子生成といった形で問題となると同時に、プラズマ診断への応用も持つ。

三波結合：基本機構

パラメトリック不安定性の本質は、ポンプ波（周波数 ω₀、波数 k₀）と二つの娘波（サイドバンド波 ω₁、k₁ と低周波波 ω_LF、k_LF）の間の共鳴条件

ω₀ = ω₁ + ω_LF、k₀ = k₁ + k_LF

にある。ポンプ波の電場は、低周波モード（イオン音波やイオンサイクロトロン波など）による密度擾乱を通じてプラズマの屈折率を周期的に変調する。この回折格子のような働きをする密度擾乱がポンプ波を散乱してサイドバンド波を生じ、サイドバンド波とポンプ波のうなりが今度は低周波モードを駆動する。この閉じたフィードバックループが成立すると、娘波はポンプ波からエネルギーを奪いながら指数関数的に成長する。成長率 γ はポンプ波の強度（電場振幅）にほぼ比例し、一方で各娘波にはランダウ減衰や衝突減衰による損失があるため、γ が減衰率を上回るという閾値条件が存在する。娘波の一方が線形分散関係から大きく外れた強減衰の「準モード」である場合（準モード崩壊）も不安定性は起こりうるが、この場合の非線形結合の取り扱いは理論的に難しく、準線形近似では不十分であることが知られている。

レーザー・プラズマ相互作用におけるパラメトリック不安定性

（ICF）では、ターゲット表面を照射するレーザー光がコロナと呼ばれる長いスケール長のプラズマ中を伝搬する際、複数のパラメトリック不安定性の好適な条件が揃う。主なものは、ポンプ光が（ラングミュア波）と散乱光に崩壊する（SRS）、と散乱光に崩壊する（SBS）、そして臨界密度の4分の1付近で光が半周波数のラングミュア波二本に崩壊する二プラズモン崩壊（TPD）である。SRS と SBS はレーザー光の後方散乱によるエネルギー損失を引き起こし、SRS と TPD は加速されたホット電子を生成して圧縮前の燃料を予熱し、を阻害しうる。また、隣接するレーザービーム間でのエネルギー移動（CBET）は照射の均一性を変化させる。