1D-model hjælper med at tydeliggøre implosionsydeevne hos NIF

I eksperimenter med inerti indeslutning fusion (ICF) ved National Ignition Facility (NIF), en sfærisk skal af deuterium-tritium brændstof imploderes i et forsøg på at nå de nødvendige betingelser for fusion, selvopvarmning og eventuel antændelse. Da teori og simuleringer indikerer, at tændingseffektiviteten i endimensionel (1D) forbedres med stigende imploderet brændstofkonvergensforhold, det er nyttigt at forstå følsomheden af ​​den skala-invariante brændstofkonvergens på alle målbare eller udledte 1D-parametre.

I et blad omtalt i Plasmas fysik , forskere har udviklet en kompressionsskaleringsmodel, der er benchmarked til 1D implosionsimuleringer, der spænder over en række relevante implosionsdesigns. Denne model bruges til at sammenligne kompressibilitetstendenser på tværs af alle eksisterende indirekte drev lagdelte implosionsdata for tre ablatorer.

"Det bedste niveau af kompression af de forskellige designs af indirekte drevne implosioner hos NIF, der har brugt plastpolymer og berylliumskaller, følger forventningerne til en simpel fysikmodel, " sagde Otto "Nino" Landen fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), der fungerede som hovedforfatter. "Dette har gjort det muligt for os at udelukke visse tidligere hypotese effekter såsom varm elektronforvarmning."

En stor undtagelse er kulstofskallene med høj densitet, der hidtil har udvist et bemærkelsesværdigt konstant lavere kompressionsniveau, uafhængigt af laserdrivforholdene, han sagde.

"Opnåelse af tænding er grundlæggende anerkendt som en afvejning mellem mere energi koblet til kapslen, hvilket kræver mere effektive hohlraums eller en større laser, og forbedre niveauet af kapselkompression, " sagde Landen. "Så, at forstå, hvad NIF-implosionsdatabasen har fortalt os hidtil om kompressionstendenser, da vi varierede laser- og kapselparametre, syntes vigtigt som et første skridt til at motivere yderligere forskning i at forbedre kompression uden nødvendigvis at ty til et højere laserenergibehov."

Dette trendarbejde er en del af at forbedre forståelsen af ​​og optimere ICF-implosionsydeevnen på jagten efter robust tænding, som også kunne anvendes til den direkte drevne ICF-database.

Arbejdet blev udført ved først at validere en simpel analytisk model for niveauet af kapselkomprimering som funktion af forskellige laser- og kapselparametre ved at sammenligne med 1D-simuleringer.

Forskere sammenlignede derefter kompressionsmodellens skalering med alle NIF kryogene implosioner, der er skudt til dato ved hjælp af en kombination af eksisterende optiske, røntgen- og nukleare data, altså i det væsentlige en fysikbaseret empirisk tilgang. Dette krævede også udvikling af tilnærmede analytiske modeller til at relatere den forventede kompressibilitet af implosionen til den røntgendrevne trykprofil påført den i hohlraumen som målt af NIF VISAR-systemet.

Landen sagde, at da kulstofskaller med høj densitet i øjeblikket giver det bedste neutronudbytte på trods af de reducerede kompressionstendenser, der præsenteres i dette papir, forskere har øget fokus på at teste fysikbaserede hypoteser såsom hydrodynamiske ustabiliteter, der fører til blanding mellem skallen og DT, og endnu uafprøvede skemaer til forbedring af kompression i kulstofskalimplosioner med høj tæthed.