Les chercheurs du LLNL présentent de nouvelles données expérimentales sur les mousses fabriquées par additif et chauffées au laser. Des échantillons de quatre types différents de mousses fabriquées imprimées ont été chauffés à l'aide d'un seul faisceau laser de 527 nm à l'installation laser de Jupiter. Cette image représente l'une des expériences réalisées en utilisant de la lumière non absorbée et diffusée vers l'avant et vers l'arrière. Crédit :Laboratoire national Lawrence Livermore
Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont récemment publié les résultats d'une campagne expérimentale de trois semaines au Jupiter Laser Facility du laboratoire pour tester les performances des mousses fabriquées avec des additifs chauffés au laser.
Le projet aide à soutenir deux grands domaines d'intervention du Laboratoire, notamment en aidant à faire progresser la fabrication additive et en permettant d'améliorer les performances des hohlraums, qui sont des cavités chauffées au laser qui produisent un lecteur de rayons X qui fait imploser une capsule remplie de deutérium.
Le travail soutient également l'avancement de l'état de l'art dans le domaine de la science à haute densité d'énergie. En particulier, en permettant des hohlraums plus efficaces, il devrait permettre d'atteindre l'objectif du programme de fusion par confinement inertiel (ICF) d'atteindre l'allumage en laboratoire.
Oggie Jones, auteur principal de l'ouvrage présenté dans Physique des plasmas , a déclaré à la connaissance de l'équipe que c'était la première fois que des expériences étaient faites sur des mousses fabriquées avec des additifs structurés chauffées au laser.
Les principaux résultats de la recherche ont montré que les mousses fabriquées avec des additifs chauffés au laser se comportaient à bien des égards de manière similaire aux mousses chimiques (aérogel) de densités similaires. La quantité de lumière laser rétrodiffusée pour une intensité laser donnée et la vitesse de propagation d'une onde thermique à travers le plasma étaient similaires.
"Cela était vrai même si les mousses fabriquées par additif ont des structures filamenteuses de l'ordre 100 fois plus épaisses que les mousses chimiques de même densité, " a déclaré Jones. " Les mousses fabriquées avec des additifs elles-mêmes se sont également avérées se comporter de manière assez indépendante de la taille de l'échelle. "
L'équipe a testé des mousses fabriquées avec des additifs géométriquement similaires, un avec des filaments de 0,5 micron d'épaisseur et un avec des filaments de 10 microns d'épaisseur. Les signatures d'image de rétrodiffusion et de rayons X étaient presque indiscernables. L'équipe a découvert que les modèles analytiques de mousse publiés étaient généralement capables d'expliquer les vitesses de propagation thermique et les températures mesurées dans les expériences.
Jones a expliqué que l'utilisation de matériaux en mousse dans les hohlraums ouvre de nouvelles possibilités de conception en entraînement indirect dans la fusion par confinement inertiel. En particulier, des mousses peuvent être placées à l'intérieur du hohlraum pour recouvrir les murs.
« Si la densité de la mousse est soigneusement sélectionnée, il est possible de modifier la façon dont le matériau de la paroi du hohlraum se dilate avec le temps et ainsi d'améliorer potentiellement la symétrie de l'entraînement du rayonnement sur la capsule ICF, " il a dit.
En outre, des mousses à très faible densité dopées avec divers éléments peuvent être utilisées pour adapter les conditions du plasma à l'intérieur du hohlraum et potentiellement atténuer les interactions laser-plasma (rétrodiffusion laser). Les mousses fabriquées avec des additifs permettent le contrôle le plus fin sur les conditions du plasma. Des gradients de densité et de dopant peuvent être intégrés à la mousse. Puisque ces mousses sont à l'intérieur du hohlraum, la façon dont ils sont chauffés par le laser est la clé pour comprendre leur impact global sur les performances du hohlraum.
Les expériences ont utilisé un seul faisceau laser de 527 nanomètres (vert). L'impulsion laser était de 200 joules, d'environ deux nanosecondes et a entraîné une intensité laser maximale de 3x1014 W/cm 2 sur les cibles en mousse. Pendant une semaine de faisceau, l'équipe a tiré sur environ 20 cibles en mousse différentes.
Elijah Kemp a été l'expérimentateur principal de ce projet et les coauteurs comprenaient Steve Langer, Benjamin Winjum, Dick Berger, James Oakdale, Mikhaïl Belyaev, Juergen Biener, Monika Biener, Derek Mariscal, José Milovitch, Michel Stadermann, Phil Sterne et Scott Wilks.
Un deuxième article sur cette recherche, axé sur les simulations numériques de ces expériences, a également été accepté pour publication par Plasma Physics and Controlled Fusion. Les auteurs incluent Jose Milovich, Ogden Jones, Dick Berger, Elie Kemp, James Oakdale, Juergen Biener, Mike Belyaev, Derek Mariscal, Steve Langer, Phil Sterne, Scott Sepke et Michael Stadermann.
Les nouvelles cibles en mousse ont été produites au LLNL par un groupe dirigé par Stadermann, Juergen Biener et Oakdale.
Le travail a été financé par le programme de recherche et développement dirigé par le laboratoire d'armes et d'intégration complexe (LDRD) de LLNL intitulé "Foams in Hohlraums".
Cette recherche a conduit à un projet LDRD de suivi intitulé "Foam Fills for LPI Suppression". Dans ce projet, les chercheurs exploreront des configurations de remplissage de mousse à faible densité spécifiques qui conduisent à une réduction de la rétrodiffusion dans les hohlraums ICF.
« En cas de succès, cette recherche pourrait permettre aux hohlraums de fonctionner à des densités de remplissage qui ne fonctionnaient pas avec de simples remplissages d'hélium, " a déclaré Jones. " Cela ouvrirait une zone d'espace de conception qui était auparavant fermée en raison d'une rétrodiffusion laser excessive. "
