Cette image particulière montre la puissance laser calculée pour chaque unité de surface autour de la surface de la capsule utilisée dans les expériences. Les points noirs particuliers suggèrent le pointage autour de la surface de la capsule. Pointage de crédit : Laboratoire national Lawrence Livermore
Les scientifiques ont analysé les performances associées aux ablateurs au bore pur, au carbure de bore, au co2 haute densité et au nitrure de bore – le matériau particulier qui comprend une énergie de fusion et se couple avec tout le rayonnement laser ou hohlraum dans un test – dans le débordement d’entraînement direct polaire système de poussoir (PDXP), qui est utilisé au Nationwide Ignition Facility (NIF). La plate-forme utilise la configuration de génération directe polaire particulière pour entraîner des températures d’ions plus élevées dans la capsule à température ambiante et elle a des applications potentielles destinées à lcd études de physique et comme source de neutrons.
Les principales conclusions des travaux, présentées dans Physique de la densité cardio , montrent que ces ablateurs alternatifs n’améliorent pas la symétrie de l’implosion PDXP, selon Heather Whitley, auteure principale de l’entreprise, directrice de film du programme associé pour High Energy Denseness Science dans le domaine de la physique des armes essentielles au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL).
“Alors que les simulations prédisent comment la plate-forme ne répond pas aux mesures de couplage électron-ion en raison d’une symétrie d’implosion insuffisante, les matériaux alternatifs particuliers permettent un bien meilleur couplage entre le faisceau laser et la capsule”, a-t-elle déclaré. « Nous prévoyons de tester ces impacts prévus sur les futures expériences d’approvisionnement en neutrons. ”
Le groupe de travail sur l’approvisionnement en neutrons du LLNL peut examiner l’amélioration du couplage car cela pourrait aider à améliorer la production des ressources neutroniques polaires immédiates et, en fin de compte, offrir des données sur la qualité de la modélisation laser pour les simulations à génération directe.
Au cours de cette fonction, l’équipe a en outre aidé les concepteurs de codes de simulation de mélange de confinement inertiel à mettre en œuvre des versions plus avancées pour le couplage électron-ion, et la modélisation des implosions particulières à entraînement direct a été étroitement associée à cette avancée du code.
NIF offre un accès aux données dans des plasmas extrêmement chauds qui aident à confirmer et à améliorer la modélisation hydrodynamique du rayonnement pour un certain nombre de systèmes de laboratoire et d’astrophysique. L’un des principaux objectifs du NIF continue d’être de créer un allumage à l’intérieur d’un plasma deutérium-tritium au sein du laboratoire, mais la conception efficace d’expériences pour atteindre cet objectif a été un problème. La conception de ces tests repose fortement sur des modèles informatiques basés sur une compréhension et des hypothèses sur les habitudes de ces plasmas chauds.
En tant que stagiaire postdoctoral, Whitley a travaillé sur la tâche Cimarron, un projet de recherche et développement dirigé par un laboratoire qui visait à utiliser l’informatique haut de gamme pour étudier la physique particulière des plasmas de combustion.
“L’objectif de Cimarron était de développer de tout nouveaux modèles qui définissaient le transport de chaleur et de vrac à un niveau infime afin d’aider à améliorer notre modélisation associée aux expériences d’allumage”, a-t-elle déclaré. « Suite au travail sur les modèles de PC, nous avons souhaité tester nos tout nouveaux modèles avec des données fraîches et avons créé le système PDXP comme moyen de créer le plasma hors équilibre. ”
Dans ces tests, les ions sont réchauffés plus rapidement que les mauvaises particules via un très fort choc généré par le laser. Le groupe avait l’intention d’utiliser la spectroscopie à résolution de période, c’est-à-dire une mesure de la quantité d’éclairage émis par votre plasma à une fréquence particulière, afin d’évaluer les températures des ions et des mauvaises particules en fonction de votre temps pendant l’expérience. . Les informations permettraient à l’équipe concernée de faire une comparaison immédiate avec les versions développées par la tâche Cimarron conçues pour ce qu’on appelle le «couplage électron-ion», c’est-à-dire un paramètre qui identifie comment les ions et les électrons échangent de l’énergie dans un plasma.
Les expériences testent exactement les performances des matériaux à partir du NIF
« La plate-forme PDXP a été créée au NIF pour analyser l’équilibration électron-ion, mais a fini par être une source de neutrons parfaite pour un certain nombre d’autres campagnes », a déclaré Marilyn Schneider, co-auteur des articles et responsable de ces premières expériences dans la plate-forme.
“Le grand avantage de cette plate-forme particulière est qu’elle est simple – une couverture sphérique remplie de carburant – et permet plusieurs diagnostics à partir de n’importe quel type (et de tous) les ports NIF pour prendre des informations et produire un rendement neutronique plus élevé”, a déclaré Schneider. «Cette recherche a fait l’étude théorique associée à la performance (rendement neutronique) par rapport à la composition de la coque et sa largeur. ”
Le physicien du LLNL, Charles Yeamans, prépare des tests en utilisant certains des ablateurs alternatifs décrits dans le document. Il a mentionné que le travail décrit une manière spécifique de se déplacer via un calcul physique très compliqué et peut ensuite être appliqué à cette méthodologie afin de prédire comment divers matériaux de capsule peuvent fonctionner lorsqu’ils sont utilisés dans un test NIF.
Le travail explique comment les données de vos expériences précédentes sur des capsules en plastique, réalisées par le physicien LLNL Schneider et Helen Gatu Johnson via le Massachusetts Institute associé à Technology, ont été utilisées pour comprendre pourquoi certaines stratégies utilisées étaient les plus bénéfiques pour modéliser la machine et prédire les observations particulières. . L’étape suivante en cours de route consistait à faire de toutes nouvelles prédictions basées sur l’utilisation de la méthodologie afin de capsuler des matériaux.
« Nous concevons de nouvelles expériences basées sur ces types de modèles prédisant une amélioration vraiment utile des performances, comme un rendement accru, ou la conception prédisant une modification importante dans un volume mesuré, comme la trajectoire de la capsule en implosion ou peut-être la température du nucléaire. brûler », a-t-il expliqué. « Ensuite, nous exécutons tous les expériences NIF pour vérifier si le calcul a certainement réussi à prévoir le changement de performance. ”
Il a déclaré que leur rôle était de comprendre les données photo NIF antérieures telles qu’elles sont disponibles, de comprendre l’implication des prédictions du modèle, de synthétiser ces deux types d’informations au type de la prochaine série de tests et de préparer ces tests.
La première conception de 2016 utilisait une coque en matériau de type plastique – ou même un ablateur – qui était remplie de gaz deutérium avec une trace de dopant argon (ar). L’argon (ar) a été utilisé dans la mesure spectroscopique particulière, ainsi que la conception a assuré une séparation de température suffisante entre vos électrons et vos ions afin de rendre les dimensions viables.
Les images particulières de l’implosion des photos 2016-2017 menées par Schneider et Gatu Manley ont indiqué que la coque en matériau de type plastique était assez déformée lors de l’implosion. Les supports laser qui frappent directement la capsule ont imprimé une construction très compliquée sur le couvercle implosé. À la suite de ces photos, Whitley et son groupe ont avancé que le passage à un autre matériau d’ablation pourrait permettre une implosion encore plus symétrique, éventuellement en améliorant la pression du deutérium ou même en améliorant la façon dont le matériau interagit avec tout le laser.
Les expériences du NIF rassemblent de grandes équipes
Whitley a déclaré que la tâche constitue un superbe exemple de la façon dont le laboratoire collabore avec le milieu universitaire pour appliquer à la fois des ressources de calcul et de nouvelles plates-formes afin d’améliorer la compréhension particulière et les capacités de modélisation prédictive destinées aux plasmas d’allumage.
Frank Graziani, superviseur de la tâche Cimarron et chef du centre LLNL concernant la technologie à haute densité d’énergie, a déclaré que la plate-forme PDXP et la campagne de matériaux d’ablation sont certainement un effort international en matière de conception, d’expérimentation et d’expertise informatique via LLNL, laboratoire destiné à l’énergie laser, Atomic Weapons Establishment, Ma Institute of Technologies et le Université de Californie, Berkeley .
“Nous continuons de réfléchir à la validation associée aux versions de la physique des plasmas telles que le couplage électron-ion dans le régime de physique à haute densité d’énergie”, a-t-il déclaré. « La plate-forme PDXP était évidemment un pas en avant important en nous permettant de créer les conditions requises et de les diagnostiquer. La plate-forme de réveil s’est également avérée être une source de neutrons très importante destinée aux expériences. ”
Référence : « Comparaison associée aux ablateurs pour la plate-forme de poussée débordante à entraînement direct polaire » simplement par Heather D. Whitley, G. Elijah Kemp, Charles B. Yeamans, Zachary B. Walters, Brent E. Azure, Warren J. Garbett, Marilyn B Schneider, R. Stephen Craxton, Emma M. Garcia, Patrick W. McKenty, Maria Gatu-Johnson, Kyle Caspersen, John We. Castor, Markus Däne, C. Leland Ellison, Jim A. Gaffney, Frank R. Graziani, John E. Klepeis, Natalie B. Kostinski, Andrea L. Kritcher, Brandon Lahmann, Amy E. Lazicki, Haifisch P. Le, Rich A Londres, John Maddox, Michelle D. Marshall, Madison Electronic. Martin, Burkhard Militzer, Abbas Nikroo, Frederick Nilsen, Tadashi Ogitsu, John E. Pask, Jesse E. Pino, Michael S. Rubery, Ronnie Shepherd, Philip A. Sterne, Damian C. Swift, Lin Yang et Shuai Zhang, 15 février 2021, Physique des hautes densités d’énergie .
DOI : 10. 1016/j. hedp. 2021. 100928
Les co-auteurs de LLNL sont Elijah Kemp, Charles Yeamans, Zachary Walters, Brent E. Azure, Marilyn Schneider, Kyle Caspersen, John Castor, Markus Däne, D. Leland Ellison, Rick Gaffney, Frank L. Graziani, John Electronic. Klepeis, Natalie Kostinski, Andrea Kritcher, Amy Lazicki, Hai The, Richard London, John Maddox, Michelle Marshall, Madison Martin, Abbas Nikroo, Joseph Nilsen, Tadashi Ogitsu, Ruben Pask, Jesse Pino, Ronnie Shepherd, Philip Sterne, Damian Fast, et LinYang. Les co-auteurs de l’Atomic Weaponry Establishment incluent Warren Garbett et Eileen Rubery. Les co-auteurs supplémentaires incluent Shuai Zhang, Emma Garcia, Ur. Stephen Craxton, Tanker McKenty du Lab for Laser Energetics ; Maria Gatu Manley et Brandon Lahmann du Massachusetts Start of Technology, Lcd Science and Blend Center ; et Burkhard Militzer du College of California, Berkeley.
