A hemispherical conically guided indirectly driven inertial confinement fusion capsule has been considered. The fast ignition of the precompressed capsule driven by one or two laser-accelerated proton beams has been numerically investigated. The energy distribution of the protons is Gaussian with a mean energy of 12MeV and a full width at half maximum of 1MeV. A new scheme that uses two laser-accelerated proton beams is proposed. It is found that the energy deposition of 1kJ provided by a first proton beam generates a low-density cylindrical channel and launches a forward shock. A second proton beam, delayed by a few tens of ps and driving the energy of 6kJ, crosses the low-density channel and heats the dense shocked region where the ignition of the deuterium-tritium nuclear fuel is achieved. For the considered capsule, this new two-beam configuration reduces the ignition energy threshold to 7kJ.

1.
M.
Tabak
,
J.
Hammer
,
M. E.
Glinsky
,
W. L.
Kruer
,
S. C.
Wilks
,
J.
Woodworth
,
E. M.
Campbell
,
M. D.
Perry
, and
R. J.
Mason
,
Phys. Plasmas
1
,
1626
(
1994
).
2.
J. H.
Nuckolls
,
L.
Wood
,
A.
Thiessen
, and
G. B.
Zimmermann
,
Nature (London)
239
,
129
(
1972
).
3.
J.
Lindl
,
Phys. Plasmas
2
,
3933
(
1995
);
J. D.
Lindl
,
P.
Amendt
,
R. L.
Berger
,
S. G.
Glendinning
,
S. H.
Glenzer
,
S. W.
Haan
,
R. L.
Kauffman
,
O. L.
Landen
, and
L. J.
Suter
,
Phys. Plasmas
11
,
339
(
2004
);
J. D.
Lindl
,
Inertial Confinement Fusion: The Quest for Ignition and High Gain using Indirect Drive
(
Springer
,
New York
,
1998
).
4.
S.
Atzeni
and
J.
Meyer-ter-Vehn
,
The Physics of Inertial Fusion
(
Oxford University Press
,
Oxford
,
2004
).
5.
S. E.
Bodner
,
Appl. Phys. Lett.
33
,
761
(
1974
).
6.
H.
Takabe
,
K.
Mima
,
L.
Montierth
, and
R. L.
Morse
,
Phys. Fluids
28
,
3676
(
1985
).
7.
K. B.
Wharton
,
S. P.
Hatchett
,
S. C.
Wilks
,
M. H.
Key
,
J. D.
Moody
,
V.
Yanovsky
,
A. A.
Offenberger
,
B. A.
Hammel
,
M. D.
Perry
, and
C.
Joshi
,
Phys. Rev. Lett.
81
,
822
(
1998
).
8.
J.
Faure
,
Y.
Glinec
,
A.
Pukhov
,
S.
Kiselev
,
S.
Gordienko
,
E.
Lefebvre
,
J. P.
Rousseau
,
F.
Burgy
, and
V.
Malka
,
Nature (London)
431
,
541
(
2004
).
9.
S. P. D.
Mangles
,
C. D.
Murphy
,
Z.
Najmudin
,
A. G. R.
Thomas
,
J. L.
Collier
,
A. E.
Dangor
,
E. J.
Divall
,
P. S.
Foster
,
J. G.
Gallacher
,
C. J.
Hooker
,
D. A.
Jaroszynski
,
A. J.
Langley
,
W. B.
Mori
,
P. A.
Norreys
,
F. S.
Tsung
,
R.
Viskup
,
B. R.
Walton
, and
K.
Krushelnick
,
Nature (London)
431
,
535
(
2004
).
10.
C. G. R.
Geddes
,
C.
Toth
,
J.
van Tilborg
,
E.
Esarey
,
C. B.
Schroeder
,
D.
Bruhwiler
,
C.
Nieter
,
J.
Cary
, and
W. P.
Leemans
,
Nature (London)
431
,
538
(
2004
).
11.
R.
Kodama
,
P. A.
Norreys
,
K.
Mima
,
A. E.
Dangor
,
R. G.
Evans
,
H.
Fujita
,
Y.
Kitagawa
,
K.
Krushelnick
,
T.
Miyakoshi
,
N.
Miyanaga
,
T.
Norimatsu
,
S. J.
Rose
,
T.
Shozaky
,
K.
Shigemori
,
A.
Sunahara
,
M.
Tampo
,
K. A.
Tanaka
,
Y.
Toyama
,
T.
Yamanaka
, and
M.
Zepf
,
Nature (London)
412
,
798
(
2001
).
12.
M. H.
Key
,
M. D.
Cable
,
T. E.
Cowan
,
K. G.
Estabrook
,
B. A.
Hammel
,
S. P.
Hatchett
,
E. A.
Henry
,
D. E.
Hinkel
,
J. D.
Kilkenny
,
J. A.
Koch
,
W. L.
Kruer
,
A. B.
Langdon
,
B. F.
Lasinski
,
R. W.
Lee
,
B. J.
MacGowan
,
A. J.
MacKinnon
,
J. D.
Moody
,
M. J.
Moran
,
A. A.
Offenberger
,
D. M.
Pennington
,
M. D.
Perry
,
T. J.
Phillips
,
T. C.
Sangster
,
S.
Singh
,
M. A.
Stoyer
,
M.
Tabak
,
G. L.
Tietbohl
,
M.
Tsukamoto
,
K.
Wharton
, and
S. C.
Wilks
,
Phys. Plasmas
5
,
1966
(
1998
).
13.
R.
Kodama
,
K.
Mima
,
K. A.
Tanaka
,
Y.
Kitagawa
,
H.
Fujita
,
K.
Takahashi
,
A.
Sunahara
,
K.
Fujita
,
H.
Habara
,
T.
Jitsuno
,
Y.
Sentoku
,
T.
Matsushita
,
T.
Miyakoshi
,
N.
Miyanaga
,
T.
Norimatsu
,
H.
Setoguchi
,
T.
Sonomoto
,
M.
Tanpo
,
Y.
Toyama
, and
T.
Yamanaka
,
Phys. Plasmas
8
,
2268
(
2001
).
14.
K. A.
Tanaka
,
R.
Kodama
,
H.
Fujita
,
M.
Heya
,
N.
Izumi
,
Y.
Kato
,
Y.
Kitagawa
,
K.
Mima
,
N.
Miyanaga
,
T.
Norimatsu
,
A.
Pukhov
,
A.
Sunahara
,
K.
Takahashi
,
M.
Allen
,
H.
Habara
,
T.
Iwatani
,
T.
Matusita
,
T.
Miyakosi
,
M.
Mori
,
H.
Setoguchi
,
T.
Sonomoto
,
M.
Tanpo
,
S.
Tohyama
,
H.
Azuma
,
T.
Kawasaki
,
T.
Komeno
,
O.
Maekawa
,
S.
Matsuo
,
T.
Shozaki
,
K.
Suzuki
,
H.
Yoshida
,
T.
Yamanaka
,
Y.
Sentoku
,
F.
Weber
,
T. W.
Barbee
, Jr.
, and
L.
DaSilva
,
Phys. Plasmas
7
,
2014
(
2000
).
15.
E. L.
Clark
,
K.
Krushelnick
,
J. R.
Davies
,
M.
Zepf
,
M.
Tatarakis
,
F. N.
Beg
,
A.
Machacek
,
P. A.
Norreys
,
M. I. K.
Santala
,
I.
Watts
, and
A. E.
Dangor
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
670
(
2000
).
16.
S. P.
Hatchett
,
C. G.
Brown
,
T. E.
Cowan
,
E. A.
Henry
,
J. S.
Johnson
,
M. H.
Key
,
J. A.
Koch
,
A. B.
Langdon
,
B. F.
Lasinski
,
R. W.
Lee
,
A. J.
Mackinnon
,
D. M.
Pennington
,
M. D.
Perry
,
T. W.
Phillips
,
M.
Roth
,
T. C.
Sangster
,
M. S.
Singh
,
R. A.
Snavely
,
M. A.
Stoyer
,
S. C.
Wilks
, and
K.
Yasuike
,
Phys. Plasmas
7
,
2076
(
2000
).
17.
T. E.
Cowan
,
M.
Roth
,
J.
Johnson
,
C.
Brown
,
M.
Christl
,
W.
Fountain
,
S. P.
Hatchett
,
E. A.
Henry
,
A. W.
Hunt
,
M. H.
Key
,
A.
MacKinnon
,
T.
Parnell
,
D. M.
Pennington
,
M. D.
Perry
,
T. W.
Phillips
,
T. C.
Sangster
,
M.
Singh
,
R.
Snavely
,
M.
Stoyer
,
Y.
Takahashi
,
S. C.
Wilks
, and
K.
Yasuike
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
455
,
130
(
2000
).
18.
R.
Kodama
,
K. A.
Tanaka
,
Y.
Sentoku
,
T.
Matsushita
,
K.
Takahashi
,
H.
Fujita
,
Y.
Kitagawa
,
Y.
Kato
,
T.
Yamanaka
, and
K.
Mima
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
674
(
2000
).
19.
Y.
Murakami
,
Y.
Kitagawa
,
Y.
Sentoku
,
M.
Mori
,
R.
Kodama
,
K. A.
Tanaka
,
K.
Mima
, and
T.
Yamanaka
,
Phys. Plasmas
8
,
4138
(
2001
).
20.
M.
Roth
,
T. E.
Cowan
,
M. H.
Key
,
S. P.
Hatchett
,
C.
Brown
,
W.
Fountain
,
J.
Johnson
,
D. M.
Pennington
,
R. A.
Snavely
,
S. C.
Wilks
,
K.
Yasuike
,
H.
Ruhl
,
F.
Pegoraro
,
S. V.
Bulanov
,
E. M.
Campbell
,
M. D.
Perry
, and
H.
Powell
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
436
(
2001
).
21.
A.
Maksimchuk
,
S.
Gu
,
K.
Flippo
,
D.
Umstadter
, and
V. Yu.
Bychenkov
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
4108
(
2000
).
22.
M.
Roth
,
E.
Brambrink
,
P.
Audebert
,
M.
Basko
,
A.
Blazevic
,
R.
Clarke
,
J.
Cobble
,
T. E.
Cowan
,
J.
Fernandez
,
J.
Fuchs
,
M.
Hegelich
,
K.
Ledingham
,
B. G.
Logan
,
D.
Neely
,
H.
Ruhl
, and
M.
Schollmeier
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
47
,
841
(
2005
).
23.
R. A.
Snavely
,
M. H.
Key
,
S. P.
Hatchett
,
T. E.
Cowan
,
M.
Roth
,
T. W.
Phillips
,
M. A.
Stoyer
,
E. A.
Henry
,
T. C.
Sangster
,
M. S.
Singh
,
S. C.
Wilks
,
A.
MacKinnon
,
A.
Offenberger
,
D. M.
Pennington
,
K.
Yasuike
,
A. B.
Langdon
,
B. F.
Lasinski
,
J.
Johnson
,
M. D.
Perry
, and
E. M.
Campbell
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
2945
(
2000
).
24.
S. C.
Wilks
,
A. B.
Langdon
,
T. E.
Cowan
,
M.
Roth
,
M.
Singh
,
S.
Hatchett
,
M. H.
Key
,
D.
Pennington
,
A.
MacKinnon
, and
R. A.
Snavely
,
Phys. Plasmas
8
,
542
(
2001
).
25.
A.
Pukhov
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
16
(
2001
).
26.
H.
Ruhl
,
S. V.
Bulanov
,
T. E.
Cowan
,
T. V.
Liseikina
,
P.
Nickles
,
F.
Pegoraro
,
M.
Roth
, and
W.
Sandner
,
Plasma Phys. Rep.
27
,
387
(
2001
).
27.
T. E.
Cowan
,
J.
Fuchs
,
H.
Ruhl
,
A.
Kemp
,
P.
Audebert
,
M.
Roth
,
R.
Stephens
,
I.
Barton
,
A.
Blazevic
,
E.
Brambrink
,
J.
Cobble
,
J.
Fernandez
,
J. C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
M.
Hegelich
,
J.
Kaae
,
S.
Karsch
,
G. P.
Le Sage
,
S.
Letzring
,
M.
Manclossi
,
S.
Meyroneinc
,
A.
Newkirk
,
H.
Pepin
, and
N.
Renard Le Galloudec
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
204801
(
2004
).
28.
P. A.
Norreys
,
R.
Allott
,
R. J.
Clarke
,
J.
Collier
,
D.
Neely
,
S. J.
Rose
,
M.
Zepf
,
M.
Santala
,
A. R.
Bell
,
K.
Krushelnick
,
A. E.
Dangor
,
N. C.
Woolsey
,
R. G.
Evans
,
H.
Habara
,
T.
Norimatsu
, and
R.
Kodama
,
Phys. Plasmas
7
,
3721
(
2000
).
29.
R.
Kodama
,
H.
Azechi
,
H.
Fujita
,
H.
Habara
,
Y.
Izawa
,
T.
Jitsuno
,
T.
Jozaki
,
Y.
Kitagawa
,
K.
Krushelnick
,
T.
Matsuoka
,
K.
Mima
,
N.
Miyanaga
,
K.
Nagai
,
H.
Nagatomo
,
M.
Nakai
,
H.
Nishimura
,
T.
Norimatsu
,
P.
Norreys
,
K.
Shigemori
,
H.
Shiraga
,
A.
Sunahara
,
K. A.
Tanaka
,
M.
Tanpo
,
Y.
Toyama
,
K.
Tsubakimoto
,
T.
Yamanaka
, and
M.
Zepf
,
Nucl. Fusion
44
,
S276
(
2004
).
30.
M.
Temporal
,
J. J.
Honrubia
, and
S.
Atzeni
,
Phys. Plasmas
9
,
3098
(
2002
).
31.
S.
Atzeni
,
M.
Temporal
, and
J. J.
Honrubia
,
Nucl. Fusion
42
,
L1
(
2002
).
32.
A.
Caruso
and
V. A.
Pais
,
Nucl. Fusion
36
,
745
(
1996
).
33.
S.
Atzeni
,
Phys. Plasmas
6
,
3316
(
1999
).
34.
M.
Temporal
,
S.
Atzeni
and
J. J.
Honrubia
,
Proceedings of the 28th European Physical Society Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics and 5th Workshop on Fast Ignition of Fusion Targets, Funchal
, edited by by
C.
Silva
,
C.
Varandas
, and
D.
Campbell
(
EPS
,
Mulhouse
,
2001
), Europhys. Conf. Abstracts Vol.
25A
, p.
73
(
2001
).
35.
R.
Ramis
and
J.
Ramirez
,
Nucl. Fusion
44
,
720
(
2004
).
36.
J. J.
Honrubia
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf.
49
,
491
(
1993
).
37.
J. J.
Honrubia
,
J.
Ramirez
, and
R.
Ramis
,
Proceedings, 1st Inertial Fusion Science and Applications
, Bordeaux,
1999
, edited by
C.
Labaune
,
W. J.
Hogan
, and
K. A.
Tanaka
(
Elsevier
,
Paris
,
2000
), p.
515
.
38.
S.
Atzeni
,
Comput. Phys. Commun.
43
,
107
(
1986
).
39.
S.
Atzeni
and
M. L.
Ciampi
,
Nucl. Fusion
37
,
1665
(
1997
).
40.
M. D.
Barriga-Carrasco
,
G.
Maynard
, and
Y. K.
Kurilenkov
,
Phys. Rev. E
70
,
066407
(
2004
).
41.
G.
Maynard
and
M. D.
Barriga-Carrasco
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
544
,
84
(
2005
).
42.
H.
Schwoerer
,
S.
Pfotenhauer
,
O.
Jackel
,
K. U.
Amthor
,
B.
Liesfeld
,
W.
Ziegler
,
R.
Sauerbrey
,
K. W. D.
Ledingham
, and
T.
Esirkepov
,
Nature (London)
439
,
445
(
2006
).
43.
T.
Toncian
,
M.
Borghesi
,
J.
Fuchs
,
E.
d’Humieres
,
P.
Antici
,
P.
Audebert
,
E.
Brambrink
,
C. A.
Cecchetti
,
A.
Pipahl
,
L.
Romagnani
, and
O.
Willi
,
Science
312
,
410
(
2006
).
44.
T. Z.
Esirkepov
,
S. V.
Bulanov
,
K.
Nishihara
,
T.
Tajima
,
F.
Pegoraro
,
V. S.
Khoroshkov
,
K.
Mima
,
H.
Daido
,
Y.
Kato
,
Y.
Kitagawa
,
K.
Nagai
, and
S.
Sakabe
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
175003
(
2002
).
45.
B. M.
Hegelich
,
B. J.
Albright
,
J.
Cobble
,
K.
Flippo
,
S.
Letzring
,
M.
Paffett
,
H.
Ruhl
,
J.
Schreiber
,
R. K.
Schulze
, and
J. C.
Fernandez
,
Nature (London)
439
,
441
(
2006
).
You do not currently have access to this content.