Undersøgelse afslører årsagen til 3-D asymmetri i inerti indeslutning fusion implosioner

Inertial confinement fusion (ICF) implosioner kræver meget høje niveauer af symmetri for at nå de høje tætheder og temperaturer, der kræves til fusionsinduceret selvopvarmning. Selv procentniveauafvigelser fra perfekt sfærisk symmetri kan føre til betydelige forvrængninger af implosionen og i sidste ende forringe fusionsydelsen.

Til det formål, forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) udførte arbejde for at få en bedre forståelse af, hvorfor dette sker. Værket blev udgivet i Fysisk gennemgangsbreve og blev præsenteret som et redaktørforslag.

Daniel Casey, LLNL fysiker og hovedforfatter af papiret, sagde værket opsummerer observationer af areal-densitets-asymmetrier udsået af high-density carbon (HDC) kapseltykkelsesasymmetrier, hjælpe med at belyse en af ​​hovedårsagerne til en betydelig forringelse af ICF-implosioner ved National Ignition Facility (NIF), verdens mest energiske laser.

"Disse asymmetrier kan mindske den tilgængelige energi til at opvarme hotspottet og reducere indespærringen af ​​denne energi, " sagde Casey. "Det er som at klemme en ballon lidt hårdere på den ene side end den anden, på et tidspunkt vil ballonen forsøge at lufte de svage punkter ud."

Papiret afslører, at små ufuldkommenheder i kapslen kan vokse til store forvrængninger af implosionen ved maksimal kompression. Faktisk, nogle nylige eksperimenter beskrevet i papiret viser, at uensartethed på under-procent niveau (ca. 0,7 procent) i HDC-kapseltykkelsen kan vokse til cirka 25 procent variationer i brændstoftætheden og producere hotspot-hastigheder i størrelsesordenen 100 kilometer i sekundet.

"Dette resultat er vigtigt, fordi hvis vi kender årsagerne til disse asymmetrier i ICF-implosioner, vi er bedre i stand til at forudsige dem og forstå deres indvirkning, " sagde Casey. "Måske vigtigst, hvis vi kender årsagerne, kan vi arbejde på at rette dem."

Arbejdet blev udført ved at røntgenfotografere de forskudte kapsler før eksperimentet for at bestemme niveauet af uensartethed. Så efter at eksperimentet er udført, holdet ledte efter tegn på asymmetri i den observerede resterende hotspot-hastighed og skalareal-densitetsasymmetri.

"Dette arbejde blev delvist muliggjort af fremskridt inden for diagnosticering af implosionsasymmetri gennem observationer af hotspot-hastigheden ved hjælp af neutronspektrometri, " Sagde Casey. "Sammen med fremskridt i måling af shell-uensartethed gennem neutronaktiveringsanisotropier.

"Det er ligesom analogien med ballonen, der bliver presset hårdere på den ene side, hvis vi finder, at hotspot-hastigheden er meget høj i en eller anden retning og justeret med betydelig uensartethed af skallen, vi ved, at nogle aspekter af implosionen ikke var tilstrækkeligt symmetriske, Casey forklarede. "Så bliver spørgsmålet 'hvorfor den retning?"

Holdet så på at sammenligne de præ-shot røntgenbilleder af kapslen med hotspot-hastigheden. De fandt ud af, at variationer i kapseltykkelsen udledt af røntgenbillederne ofte er korrelerede i både retning og størrelse. Dette tyder kraftigt på, at skal-uensartethederne er mindst en af ​​hovedårsagerne til asymmetri som diagnosticeret gennem hotspot-hastigheden.

Casey sagde, at forståelse og forbedring af ICF-implosions ydeevne er en vigtig del af laboratoriets forskning om NIF.

"Nu hvor vi har fundet ud af, at HDC-skal uensartethed er en vigtig forringelse af implosionsydeevne, vi arbejder på at øge nøjagtigheden af ​​vores metrologi af skallerne og også på at forbedre fremstillingen af ​​HDC for at producere mere ensartede skaller, " han sagde.