LLNL-forskare presenterar nya experimentella data om laseruppvärmda additivt tillverkade skum. Prover av fyra olika typer av tryckta tillverkade skum värmdes med en enda 527 nm laserstråle vid Jupiter Laser Facility. Den här bilden föreställer ett av experimenten som utfördes med framåt och bakåt oabsorberat och spritt ljus. Kredit:Lawrence Livermore National Laboratory
Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare publicerade nyligen resultaten av en tre veckors experimentell kampanj vid Labs Jupiter Laser Facility för att testa prestanda för laseruppvärmda tillsatstillverkade skum.
Projektet hjälper till att stödja två viktiga laboratoriefokusområden, inklusive att hjälpa till att främja additiv tillverkning och genom att möjliggöra förbättringar i prestanda för hohlraums-som är laseruppvärmda hålrum som producerar en röntgenstrålningsenhet som imploderar en deuteriumfylld kapsel.
Arbetet stöder också utvecklingen av den senaste tekniken inom vetenskap med hög energitäthet. Särskilt, genom att möjliggöra effektivare hohlraums, det bör hjälpa till att nå programmets mål för tröghetsinneslutning (ICF) att uppnå antändning i laboratoriet.
Oggie Jones, huvudförfattare till verket som var med i Plasmas fysik , Enligt vad teamet vet var detta första gången experiment har gjorts på laseruppvärmda strukturerade tillsatser tillverkade skum.
De viktigaste resultaten i forskningen visade att skum tillverkade av laseruppvärmda tillsatser på många sätt betedde sig på samma sätt som kemiska (aerogel) skum med liknande densiteter. Mängden tillbakaspritt laserljus för en given laserintensitet och utbredningshastigheten för en termisk våg trots plasman var liknande.
"Detta gällde även om de tillsatstillverkade skummet har filamentstrukturer av storleksordningen 100 gånger tjockare än kemiska skum med samma densitet, "Sade Jones. "De tillsatstillverkade skummet i sig visade sig också bete sig ganska oberoende av skalstorleken."
Teamet testade geometriskt liknande tillsatstillverkade skum, en med 0,5 mikron tjocka filament och en med 10 mikron tjocka filament. Backscatter- och röntgenbildsignaturerna var nästan omöjliga att skilja. Teamet fann att publicerade skumanalysmodeller i allmänhet kunde förklara de uppmätta termiska utbredningshastigheterna och temperaturerna som uppmätts i experimenten.
Jones förklarade att användningen av skummaterial i hohlraums öppnar för nya designmöjligheter för indirekt drivning i tröghetsinneslutningsfusion. Särskilt, skum kan placeras inuti hohlraum för att fodra väggarna.
"Om densiteten på skummet väljs noggrant, det är möjligt att ändra hur hohlraum-väggmaterialet expanderar med tiden och därmed potentiellt förbättra symmetrin av strålningsdriften på ICF-kapseln, " han sa.
Dessutom, Skum med mycket låg densitet dopade med olika element kan användas för att skräddarsy plasmaförhållandena inuti hohlraumen och potentiellt mildra laserplasmainteraktioner (laserbackscatter). Skum som tillverkats av additiv ger den finaste kontrollen över plasmaförhållandena. Densitet och dopningsgradienter kan byggas in i skummet. Eftersom dessa skum är inuti hohlraum, hur de värms upp av lasern är nyckeln till att förstå deras övergripande inverkan på hohlraums prestanda.
Experimenten använde en enda 527 nanometer (grön) laserstråle. Laserpulsen var 200 joule, cirka två nanosekunders varaktighet och resulterade i en maximal laserintensitet på 3x1014 W/cm 2 på skummålen. Under en veckas stråltid, laget sköt cirka 20 olika skummål.
Elijah Kemp fungerade som ledande experimentalist på detta projekt och medförfattare inkluderade Steve Langer, Benjamin Winjum, Dick Berger, James Oakdale, Mikhail Belyaev, Juergen Biener, Monika Biener, Derek Mariscal, Jose Milovich, Michael Stadermann, Phil Sterne och Scott Wilks.
En andra artikel om denna forskning, fokuserade på numeriska simuleringar av dessa experiment, har också godkänts för publicering av Plasma Physics and Controlled Fusion. Författare inkluderar Jose Milovich, Ogden Jones, Dick Berger, Elia Kemp, James Oakdale, Jürgen Biener, Mike Belyaev, Derek Mariscal, Steve Langer, Phil Sterne, Scott Sepke och Michael Stadermann.
De nya skummålen producerades på LLNL av en grupp ledd av Stadermann, Juergen Biener och Oakdale.
Arbetet finansierades av LLNL:s vapen och komplexa integrationslaboratorium för forskning och utveckling (LDRD) program med titeln "Foams in Hohlraums."
Denna forskning har lett till ett uppföljande LDRD-projekt med titeln "Foam Fills for LPI Suppression." I detta projekt, forskare kommer att utforska specifika lågdensitetsskumfyllningskonfigurationer som leder till minskad backscatter i ICF-hohlraums.
"Om det lyckas, denna forskning skulle kunna göra det möjligt för hohlraums att arbeta vid fyllningsdensiteter som inte fungerade med enkla heliumgasfyllningar, Jones sa. "Detta skulle öppna upp ett område med designutrymme som tidigare var stängt på grund av överdriven laserbackscatter."
