Une équipe de scientifiques a mené une analyse d'expériences de sphère d'or directement conduites pour tester les modèles de transport de chaleur utilisés dans la modélisation de la fusion par confinement inertiel (ICF) et de la haute densité d'énergie (HED). Il a été constaté qu'une trop grande restriction du flux de chaleur provoquait un désaccord avec la mesure.

Cependant, les simulations avec un modèle de transport de chaleur non local réduit correspondent quantitativement aux conditions du plasma (à la fois la densité électronique et la température) déduites du diagnostic optique de diffusion de Thomson, et que les conditions du plasma étaient qualitativement cohérentes avec un local, modèle de transport de chaleur sans restriction. Plus loin, les désaccords dans le couplage laser et la puissance rayonnée sont probablement dus à des lacunes dans les modèles d'autres processus physiques.

Ce travail a été présenté comme une conférence invitée à la réunion 2020 APS Division of Plasma Physics, et il apparaît dans Physique des plasmas dans la « Collection spéciale : articles de la 62e réunion annuelle de la Division de la physique des plasmas de l'APS. » Le travail est le fruit d'une collaboration entre Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), le Laboratoire d'énergie laser et l'Université de l'Alberta. L'expérience a été menée à l'Omega Laser Facility de l'Université de Rochester.

Will Farmer de LLNL a été le concepteur principal et le premier auteur de l'article, et George Swadling était le principal expérimentateur et co-auteur. Les co-auteurs supplémentaires incluent Mordy Rosen, Candace Harris, Marilyn Schneider, Mark Sherlock et Steven Ross de LLNL, Wojciech Rozmus et Colin Bruulsema de l'Université de l'Alberta et Dana H. Edgell et Joe Katz de l'Université de Rochester.

"Nous n'avons pas pu faire correspondre la lumière laser non absorbée mesurée et le flux de rayons X rayonné, mais les conditions du plasma étaient insensibles à l'écart d'énergie pour ces processus, " Farmer a déclaré à propos du travail. "Cela suggère que les lacunes dans la modélisation ne sont pas dues au transport de la chaleur mais à un autre élément de la physique. "

Cette recherche a été menée dans le but de déterminer la source du « déficit d'entraînement, " un problème de longue date dans la modélisation ICF et HED dans lequel les temps de détonation des capsules semblent toujours se produire plus tard que dans les simulations et la quantité de flux de rayons X dans un hohlraum est surestimée par la simulation.

Précédemment, il avait été proposé que l'utilisation d'un modèle de flux de chaleur restrictif pourrait éliminer une partie du déficit d'entraînement. Les résultats de la sphère d'or ne soutiennent pas cette approche et suggèrent que le problème est ailleurs. Résoudre le problème du déficit moteur est une étape importante vers le développement d'un modèle prédictif des expériences ICF et HED.

Farmer a comparé le bilan énergétique dans un hohlraum à la cuisson d'un gâteau dans un four. "Tu as mis ton gâteau au four, " dit-il. " Et vous voulez savoir quand vous devez le retirer. Pour savoir, vous devez comprendre combien d'énergie vous mettez dans le four, combien d'énergie est réfléchie par les murs et combien d'énergie est perdue par conduction hors des murs, afin que votre estimation de la température du four soit correcte."

Farmer a dit que pour une raison quelconque, le four est plus froid qu'on ne le pense et le gâteau semble toujours prendre plus de temps à cuire qu'on ne le pense, et ce travail essaie de comprendre pourquoi le four est plus "fuite" que prévu. "Nous avons déterminé que le transport de chaleur, au moins pour les sphères d'or entraînées directement. Personne ne veut un gâteau qui coule, " il expliqua.

Farmer a déclaré que le travail est au cœur de la mission de gestion des stocks pour le laboratoire, parce qu'il tente de développer des outils prédictifs qui peuvent être appliqués dans l'ensemble des communautés HED et ICF. "Je pense que si nous pouvons comprendre le déficit d'entraînement, il aura des implications profondes pour de nombreux domaines de recherche actifs au Laboratoire, " il a dit.

Farmer a déclaré que puisque l'équipe a conclu que le problème n'est pas le transport de chaleur, l'étape suivante consiste à examiner d'autres mécanismes physiques possibles. D'abord, ils veulent examiner s'ils peuvent correspondre à la fois aux conditions du plasma et au couplage laser en utilisant les meilleurs codes d'interaction laser-plasma pour un faible Z, sphères de béryllium où peu d'énergie est divisée en rayons X. Ensuite, l'équipe prendra ce qui a été appris et l'appliquera aux sphères d'or pour voir s'il existe une histoire cohérente pour le couplage laser et le transport de chaleur, avec toute autre divergence probablement attribuable à des déficiences dans la modélisation des processus de la physique atomique.

Seconde, l'équipe a fait une proposition pour faire des sphères à mi-Z, où le rayonnement a un impact modéré sur le bilan énergétique. Là, les chercheurs peuvent tester si l'écart dans le bilan énergétique simulé est dû aux prédictions de la physique atomique des opacités et des émissivités des rayons X.

Farmer a déclaré que LLNL a établi une solide collaboration avec Rozmus et son étudiant diplômé Bruulsema, qui ont joué un rôle déterminant dans l'analyse des données pour le travail. Deux publications sont sorties de ce projet jusqu'à présent et une troisième est en cours de rédaction. Des publications supplémentaires sont attendues au fur et à mesure de la poursuite des travaux.