3D hohlraum-model hjælper med indirekte drivindførelser på NIF

Forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) og Laboratory for Laser Energetics (LLE) har beskrevet en simpel 3D -model i hohlraums og kapsler til inertial indeslutningsfusion (ICF) implosioner. Modellen hjælper med at levere den nødvendige implosionssymmetri på lagdelte deuterium-tritium (DT) implosioner til antændelse.

Resultaterne af arbejdet fjerner meget af mysteriet forbundet med variabiliteten i den observerede retning og størrelsen af ​​hot spot-hastigheden fra lagdelte DT-implosioner som en del af antændelseseksperimenterne.

Brian MacGowan, LLNL -videnskabsmand og hovedforfatter af papiret omtalt i Fysik med høj energitæthed, sagde, at resultaterne afslører en vigtig kilde til 3D -asymmetri i ICF -implosioner og fastlægger den ramme, gennem hvilken alle de kendte principielle årsager, der er blevet opdaget.

"Papiret kvantificerer følsomheden af ​​den målte hastighed for det komprimerede hotspot i kryogent lagdelte DT -implosioner, til mode-1 asymmetri af røntgenfluxen ved kapslen, inden for indirekte drev hohlraums, som er laseropvarmede hulrum, der producerer et røntgenstrålingsdrev, der imploderer en deuteriumfyldt kapsel, " han sagde.

En mode-1-asymmetri på 1 procent indebærer, at den ekstremt symmetriske ablation af kapseloverfladen ved hjælp af røntgenstråler effektivt skubber 1 procent hårdere i en bestemt retning i stedet for at være sfærisk symmetrisk. Denne forskel er tilstrækkelig til at få hotspotet til at have en resthastighed på op til 100 km/s, når den imploderende skal stagnerer.

Papiret etablerer også en metode til at forstå variation i mode-1 asymmetri for fluxen ved kapslen på grund af variationer i den målte laserydelse, kendt målkonstruktion og forventet stråle- og måljusteringsvariabilitet.

"Vi kan relatere asymmetri ved laserlevering og målkonstruktion til asymmetrien af ​​røntgenstrømmen ved kapslen, der imploderes for at skabe betingelserne for at atomfusion kan forekomme, "sagde han." Før denne analyse blev variabiliteten af ​​asymmetri i det komprimerede hotspot betragtet som idiopatisk, såsom manglende forklaring. Nu er det noget, der kan forstås og potentielt kontrolleres. "

Forståelse af 3D hohlraum -modeller af asymmetrier i implosioner

MacGowan siger, at det er vigtigt at forstå kilder til 3D-asymmetri i hohlraums og kapsler til ICF-implosioner for at levere den nødvendige implosionsymmetri på lagdelte DT-implosioner til antændelse.

Dårlig symmetri, når skallen konvergerer, fører til reduceret tryk og reduceret indeslutning i hotspot og dermed reduceret neutronudbytte. Hoveddiagnosen for mode-1-symmetri i implosionen af ​​et DT-lag er hastigheden af ​​neutronerne, der udsendes fra hotspot. Denne hastighed har vist sig at være variabel i størrelse og retning og er en indikator for bulkbevægelse af hotspottet i en bestemt retning på grund af en asymmetrisk implosion.

"Forståelse af kilder gør det også muligt at fastsætte passende specifikationer for at rette dem eller implementere designbegrænsninger forud for forsøget, såsom vinduer med lavere tab, " han sagde.

Forstå asymmetri i en bestemt målkonstruktion forud for forsøget, inklusive skaltykkelse ud af rund på +/- 0,5 mikron niveau, muliggør også implementering af justeringer af lasertilførslen på de få procents niveau, der bruger laserproduceret mode-1 til at annullere asymmetri af kapseltykkelse. Fordi laserjusteringen er en systematisk ændring til 192 stråler, den nettopålagte mode-1-asymmetri fra laseren kan være meget præcis og rettet i overensstemmelse hermed, selv når den sædvanlige variabilitet af National Ignition Facility (NIF)-leveret strøm tilføjes.

Dette koncept blev demonstreret ved et nylig forsøg på NIF, der producerede næsten rekordneutronudbytte. Laseren blev justeret til at producere en forventet mode-1 asymmetri på +/- 1,2 procent af den samlede indfaldende røntgenstrømning i den rigtige retning for at kompensere for en stor asymmetri i kapselens tykkelse.

Analyse af eksperimenter siden 2016

Arbejdet blev udført gennem analyse af kilder til mode-1-asymmetri fra laserydelse og målkonstruktion sammen med målinger af hotspot-hastighedsstørrelse og -retning fra 50 DT-lagdelte implosionsforsøg udført siden 2016. Hotspot-hastigheden blev målt ved at sammenligne de udsendte energispektre neutroner i fire forskellige betragtningsvinkler og derefter udlede den gennemsnitlige hastighed for hotspot. Læs om Neutron Time of Flight (nToF) målinger her.

Arbejdet var en proces med detektivarbejde med at identificere kilder og følsomheder baseret på tilgængelige data. Der var meget få skud, hvor der blev foretaget en større ændring af en af ​​kilderne til mode-1, der ville isolere effekten af ​​en parameter, da kilderne normalt lå tæt på specifikationen for den pågældende kilde.

Model gavner fremtidigt arbejde

MacGowan forklarer, at udvikling og validering af modellen for mode-1 asymmetri gavner LLNL ved at muliggøre forklaringen på variabilitet i den observerede hotspot-hastighed og komprimeret brændstofdensitetsasymmetri med hensyn til kilder til mode-1 i laseren og målet, der kan udledes fra diagnostiske målinger.

"Ultimativt, dette arbejde hjælper os med at forstå en principiel forringelse af målets ydeevne og en kilde til variation i skud-til-skud præstationer, "sagde han." Arbejdet etablerer en valuta til handel med specifikationer for præcision i laserydelse og justering, målkonstruktion og justering og facilitetsstabilitet."

Modellen kan bruges i følsomhedsundersøgelser og Monte Carlo -beregninger og muliggør let spredning af usikkerheder for forskellige kilder. For eksempel, virkningen af ​​enhver korreleret drift i justeringen af ​​NIF -strålerne på grund af termiske effekter i NIF -laserbugterne kan sammenlignes med virkningen af ​​målfremstillingsfejl eller ustabilitet i NIF -pulsgenereringssystemet. De sammenlignes alle gennem deres indvirkning på mode-1-asymmetri ved kapslen og i sidste ende relateret til den hotspot-hastighed, de genererer.

Ved at kvantificere laser og vinduer induceret mode-1 og trække dem fra den observerede hotspot-hastighed, det er muligt at isolere effekten af ​​en ny kilde, f.eks. kapseltykkelse mode-1. Dette arbejde har gjort det muligt at kvantificere effekten af ​​kapseltykkelse mode-1 beskrevet i en artikel, der henvises til her.