Inertial confinement fusion (ICF) implosioner kräver mycket höga nivåer av symmetri för att nå de höga densiteter och temperaturer som krävs för fusionsinducerad självuppvärmning. Även procentuella avvikelser från perfekt sfärisk symmetri kan leda till betydande förvrängningar av implosionen och i slutändan försämra fusionsprestandan.

För detta ändamål, forskare från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) utförde arbete för att få en bättre förståelse om varför detta händer. Verket publicerades i Fysiska granskningsbrev och presenterades som ett redaktörsförslag.

Daniel Casey, LLNL fysiker och huvudförfattare till tidningen, sade att verket sammanfattar observationer av asymmetrier i arealdensitet som utsätts för asymmetrier med högdensitetskol (HDC) kapseltjocklek, hjälpa till att belysa en av de främsta orsakerna till en betydande försämring av ICF-implosioner vid National Ignition Facility (NIF), världens mest energiska laser.

"Dessa asymmetrier kan minska den tillgängliga energin för att värma upp hotspot och minska inneslutningen av den energin, " sa Casey. "Det är som att klämma en ballong lite hårdare på ena sidan än den andra, någon gång kommer ballongen att försöka ventilera ut de svaga punkterna."

Tidningen avslöjar att små defekter i kapseln kan växa till enorma förvrängningar av implosionen vid maximal kompression. Faktiskt, några nyligen beskrivna experiment som beskrivs i tidningen visar att ojämnhet under procent (cirka 0,7 procent) i HDC-kapseltjockleken kan växa till cirka 25 procents variationer i bränsletätheten och producera hotspothastigheter i storleksordningen 100 kilometer per sekund.

"Detta resultat är betydande eftersom om vi känner till orsakerna till dessa asymmetrier i ICF-implosioner, vi är bättre på att förutsäga dem och förstå deras inverkan, ", sa Casey. "Kanske viktigast, om vi känner till orsakerna kan vi arbeta med att åtgärda dem."

Arbetet utfördes genom att röntgenbilda kapslarna för skott före experimentet för att bestämma nivån av olikformighet. Sedan efter att experimentet har utförts, teamet letade efter tecken på asymmetri i den observerade kvarvarande hotspot-hastigheten och skalets areadensitetsasymmetri.

"Detta arbete möjliggjordes delvis av framsteg inom diagnostisering av implosionsasymmetri genom observationer av hotspothastigheten med neutronspektrometri, ", sa Casey. "Tillsammans med framsteg när det gäller att mäta olikformighet i skalet genom neutronaktiveringsanisotropier.

"Det är som analogin med ballongen som pressas hårdare på ena sidan, om vi finner att hotspothastigheten är mycket hög i någon riktning och i linje med betydande olikformighet hos skalet, vi vet att vissa aspekter av implosionen inte var tillräckligt symmetriska, " förklarade Casey. "Då blir frågan "varför den riktningen?"

Teamet tittade sedan på att jämföra de pre-shot röntgenbilderna av kapseln med hotspothastigheten. De fann att variationer i kapseltjockleken härledda från röntgenbilderna ofta är korrelerade i både riktning och storlek. Detta tyder starkt på att skalets olikformigheter är åtminstone en av de främsta orsakerna till asymmetri som diagnostiserats genom hotspothastigheten.

Casey sa att förståelse och förbättring av ICF-implosioners prestanda är en viktig del av labbets forskning om NIF.

"Nu när vi har funnit att HDC-skalets olikformighet är en viktig försämring av implosionsprestanda, vi arbetar för att öka noggrannheten i vår mätning av skalen och även för att förbättra tillverkningen av HDC för att producera mer enhetliga skal, " han sa.