Forskere afviser restriktive varmefluxmodeller, der bruger direkte drevne guldkugler

Et team af forskere har udført en analyse af direkte drevne guldkugleeksperimenter for at teste varmetransportmodeller, der anvendes i inerti indeslutningsfusion (ICF) og højenergitæthed (HED) modellering. Det viste sig, at overdreven begrænsning af varmefluxen forårsagede uenighed med målingen.

Imidlertid, simuleringer med en reduceret ikke-lokal varmetransportmodel matchede kvantitativt plasmabetingelserne (både elektrondensitet og temperatur) udledt fra den optiske Thomson spredningsdiagnostik, og at plasmaforholdene var kvalitativt i overensstemmelse med en lokal, ubegrænset varmetransportmodel. Yderligere, uenigheder i laserkobling og udstrålet effekt skyldes sandsynligvis mangler i modeller af andre fysiske processer.

Dette arbejde blev præsenteret som en inviteret tale på 2020 APS Division of Plasma Physics møde, og det dukker op i Plasmas fysik i "Special Collection:Papers from the 62nd Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics." Værket er et produkt af et samarbejde mellem Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Laboratory for Laser Energetics og University of Alberta. Eksperimentet blev udført på Omega Laser Facility ved University of Rochester.

Will Farmer fra LLNL fungerede som hoveddesigner og første forfatter af papiret, og George Swadling var den ledende eksperimentelist og medforfatter. Yderligere medforfattere inkluderer Mordy Rosen, Candace Harris, Marilyn Schneider, Mark Sherlock og Steven Ross fra LLNL, Wojciech Rozmus og Colin Bruulsema fra University of Alberta og Dana H. Edgell og Joe Katz fra University of Rochester.

"Vi var ikke i stand til at matche det målte uabsorberede laserlys og udstrålede røntgenstråleflux, men plasmaforholdene var ufølsomme over for energiforskellene for disse processer, " Landmand sagde om arbejdet. "Dette tyder på, at mangler i modelleringen ikke skyldes varmetransport, men et andet stykke fysik."

Denne forskning blev udført i et forsøg på at bestemme kilden til "drive-deficit, "et langvarigt problem i ICF- og HED-modellering, hvor kapsel-bang-tider altid ser ud til at forekomme senere end i simuleringer, og mængden af ​​røntgenflux i et hohlraum er overforudsagt ved simulering.

Tidligere, det var blevet foreslået, at brug af en restriktiv varmefluxmodel kunne eliminere en del af drivunderskuddet. Guldkuglens resultater understøtter ikke denne tilgang og antyder, at problemet er et andet sted. Løsning af drive-deficit-problemet er et vigtigt skridt i retning af at udvikle en forudsigelig model for ICF- og HED-eksperimenter.

Farmer sammenlignede energibalancen i et hohlraum med at lave en kage i en ovn. "Du har sat din kage i ovnen, sagde han. Og du vil vide, hvornår du skal tage den ud. For at vide, du skal forstå, hvor meget energi du putter i ovnen, hvor meget energi reflekteres af væggene og hvor meget energi der går tabt via ledning ud af væggene, så dit skøn over ovntemperaturen er korrekt."

Farmer sagde, at uanset årsagen, ovnen er køligere, end vi tror, ​​den burde være, og kagen ser altid ud til at tage længere tid at tilberede, end vi tror, ​​den burde, og dette arbejde forsøger at finde ud af, hvorfor ovnen er "lækkere" end forventet. "Vi har fastslået, at varmetransport, i hvert fald for direkte drevne guldkugler. Ingen vil have en løbende kage, " forklarede han.

Farmer sagde, at arbejdet er kernen i lagerforvaltningsmissionen for laboratoriet, fordi det forsøger at udvikle prædiktive værktøjer, der kan anvendes i hele HED- og ICF-samfundene. "Jeg tror, ​​at hvis vi kan forstå driv-underskuddet, det vil have dybtgående konsekvenser for mange forskellige aktive forskningsområder på laboratoriet, " han sagde.

Farmer sagde, at da holdet har konkluderet, at problemet ikke er varmetransport, næste skridt er at undersøge andre mulige fysiske mekanismer. Først, de ønsker at undersøge, om de kan matche både plasmabetingelserne og laserkoblingen ved hjælp af de bedste laserplasmainteraktionskoder for lav Z, berylliumkugler, hvor lidt energi er opdelt i røntgenstråler. Derefter vil holdet tage det lærte og anvende det på guldkugler for at se, om der er en selvkonsistent historie for både laserkobling og varmetransport, med enhver yderligere uoverensstemmelse, der sandsynligvis kan tilskrives mangler i modelleringen af ​​atomfysiske processer.

Sekund, holdet har fremsat et forslag om at lave mid-Z-sfærer, hvor stråling har en moderat indvirkning på energibalancen. der, forskerne kan teste, om uoverensstemmelsen i den simulerede energibalance skyldes atomfysikkens forudsigelser om røntgenopaciteter og emissiviteter.

Farmer sagde, at LLNL har opbygget et stærkt samarbejde med Rozmus og hans kandidatstuderende Bruulsema, som var medvirkende til at analysere dataene for arbejdet. To publikationer er kommet ud af dette projekt indtil videre, og en tredje er ved at blive skrevet. Yderligere publikationer forventes efterhånden som arbejdet fortsætter.