Ce graphique sur la gauche montre la distribution angulaire du rendement neutronique mesuré par rapport à la direction en coordonnées polaires sphériques sous forme de tracé de couleur. Le point rouge représente une région du combustible comprimé qui est plus mince et dont le rendement neutronique détecté est plus élevé. Le graphique de droite montre des parties du modèle simple qui avoisine 192 spots de faisceau et 2-3 fenêtres de diagnostic sur le mur de l'hohlraum qui produisent un mode net-1 en entraînement au niveau de la capsule qui est corrélé avec la direction et la magnitude du vecteur de vitesse du point chaud. Crédit :Lawrence Livermore National Laboratory
Des scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) et du Laboratory for Laser Energetics (LLE) ont décrit un modèle 3D simple dans des hohlraums et des capsules pour les implosions de fusion par confinement inertiel (ICF). Le modèle aidera à fournir la symétrie d'implosion requise sur les implosions en couches de deutérium-tritium (DT) pour l'allumage.
Les résultats des travaux éliminent une grande partie du mystère associé à la variabilité de la direction et de l'amplitude observées de la vitesse du point chaud des implosions DT en couches dans le cadre des expériences d'allumage.
Brian MacGowan, Scientifique du LLNL et auteur principal de l'article présenté dans Physique des hautes densités d'énergie, a déclaré que les résultats révèlent une source importante d'asymétrie 3D dans les implosions ICF et établissent le cadre à travers lequel toutes les causes principales connues qui ont été découvertes.
"L'article quantifie la sensibilité de la vitesse mesurée du point chaud compressé dans les implosions DT cryogéniquement stratifiées, à l'asymétrie mode 1 du flux de rayons X au niveau de la capsule, dans les hohlraums à entraînement indirect, qui sont des cavités chauffées au laser qui produisent un rayonnement de rayons X qui fait imploser une capsule remplie de deutérium, " il a dit.
Une asymétrie en mode 1 de 1 % implique que l'ablation extrêmement symétrique de la surface de la capsule par les rayons X pousse effectivement 1 % plus fort dans une direction particulière plutôt que d'être à symétrie sphérique. Cette différence est suffisante pour que le point chaud ait une vitesse résiduelle allant jusqu'à 100 km/s lorsque l'obus en implosion stagne.
L'article établit également une méthode pour comprendre la variation de l'asymétrie en mode 1 du flux au niveau de la capsule en raison des variations de la performance laser mesurée, construction de la cible connue et variabilité attendue de l'alignement du faisceau et de la cible.
"Nous pouvons relier l'asymétrie dans la livraison du laser et la construction de la cible à l'asymétrie du flux de rayons X au niveau de la capsule qui implose pour générer les conditions nécessaires à la fusion nucléaire, " a-t-il dit. " Avant cette analyse, la variabilité de l'asymétrie dans le hotspot compressé était considérée comme idiopathique, comme le manque d'explication. Maintenant, c'est quelque chose qui peut être compris et potentiellement contrôlé."
Comprendre les modèles de hohlraum 3D des asymétries dans les implosions
MacGowan dit qu'il est important de comprendre les sources d'asymétrie 3D dans les hohlraums et les capsules pour les implosions ICF afin de fournir la symétrie d'implosion requise sur les implosions DT en couches pour l'allumage.
Une mauvaise symétrie lors de la convergence de la coque entraîne une pression réduite et un confinement réduit dans le point chaud et donc un rendement neutronique réduit. Le diagnostic principal de la symétrie mode 1 dans l'implosion d'une couche DT est la vitesse des neutrons émis par le hotspot. Cette vitesse s'est avérée variable en amplitude et en direction et est un indicateur du mouvement en vrac du point chaud dans une direction particulière en raison d'une implosion asymétrique.
« La compréhension des sources permet également de définir des spécifications appropriées pour les corriger ou de mettre en œuvre des atténuations de conception avant l'expérience, telles que des fenêtres de perte plus faibles, " il a dit.
Comprendre l'asymétrie dans une construction cible particulière en amont de l'expérience, y compris l'épaisseur de la coque en rond au niveau de +/- 0,5 micron, permet également la mise en œuvre d'ajustements de la distribution laser au niveau de quelques pour cent qui utilisent le mode 1 produit par laser pour annuler l'asymétrie de l'épaisseur de la capsule. Parce que le réglage du laser est un changement systématique à 192 faisceaux, l'asymétrie nette imposée en mode 1 du laser peut être très précise et dirigée en conséquence, même lorsque la variabilité habituelle de la puissance fournie par le National Ignition Facility (NIF) est ajoutée.
Ce concept a été démontré lors d'une expérience récente au NIF qui a produit un rendement neutronique presque record. Le laser a été ajusté pour produire une asymétrie de mode 1 attendue de +/-1,2% du flux de rayons X incident total dans la bonne direction pour compenser une grande asymétrie dans l'épaisseur de la capsule.
Analyse des expériences depuis 2016
Le travail a été effectué grâce à l'analyse des sources d'asymétrie en mode 1 à partir des performances du laser et de la construction de la cible, ainsi que des mesures de l'amplitude et de la direction de la vitesse du point chaud à partir de 50 expériences d'implosion en couches DT réalisées depuis 2016. La vitesse du point chaud a été mesurée en comparant les spectres d'énergie émis. neutrons sous quatre angles de vue différents, puis en dérivant la vitesse moyenne du point chaud. En savoir plus sur les mesures du temps de vol des neutrons (nToF) ici.
Le travail était un processus de travail de détective pour identifier les sources et les sensibilités sur la base des données disponibles. Il y a eu très peu de plans où une modification majeure a été apportée à l'une des sources du mode 1 qui isolerait l'effet d'un paramètre, car les sources étaient généralement proches de la spécification pour cette source particulière.
Le modèle profite aux travaux futurs
MacGowan explique que le développement et la validation du modèle d'asymétrie du mode 1 profitent à LLNL en permettant l'explication de la variabilité de la vitesse du point chaud observée et de l'asymétrie de densité de carburant comprimé en termes de sources de mode 1 dans le laser et la cible qui peuvent être dérivées à partir de mesures diagnostiques.
"Finalement, ce travail nous aide à comprendre un principe de dégradation des performances de la cible et une source de variabilité des performances d'un tir à l'autre, " a-t-il déclaré. " Le travail établit une monnaie d'échange pour les spécifications de précision dans les performances et l'alignement du laser, la construction et l'alignement des cibles et la stabilité des installations. »
Le modèle peut être utilisé dans des études de sensibilité et des calculs Monte Carlo et permet une propagation facile des incertitudes pour différentes sources. Par exemple, l'impact de toute dérive corrélée dans l'alignement des faisceaux NIF due aux effets thermiques dans les baies laser NIF peut être comparé à l'impact des erreurs de fabrication de la cible ou de l'instabilité dans le système de génération d'impulsions NIF. Ils sont tous comparés à travers leur impact sur l'asymétrie du mode 1 au niveau de la capsule et finalement liés à la vitesse du point chaud qu'ils génèrent.
En quantifiant le mode 1 induit par le laser et les fenêtres et en les soustrayant de la vitesse du point chaud observée, il est possible d'isoler l'effet d'une nouvelle source telle que l'épaisseur de capsule mode-1. Ce travail a permis de quantifier l'effet de l'épaisseur de capsule mode-1 décrit dans un article référencé ici.
