Inertiële opsluiting fusie (ICF) implosies vereisen zeer hoge niveaus van symmetrie om de hoge dichtheden en temperaturen te bereiken die nodig zijn voor door fusie geïnduceerde zelfverhitting. Zelfs procentuele afwijkingen van perfecte sferische symmetrie kunnen leiden tot aanzienlijke verstoringen van de implosie en uiteindelijk de fusieprestaties verslechteren.

Daartoe, onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hebben werk verricht om beter te begrijpen waarom dit gebeurt. Het werk is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven en werd gekenmerkt als suggestie van een redacteur.

Daniël Casey, LLNL-fysicus en hoofdauteur van het artikel, zei dat het werk een samenvatting geeft van waarnemingen van asymmetrieën in oppervlaktedichtheid, gezaaid door asymmetrieën in de dikte van de capsule met hoge dichtheid koolstof (HDC), het helpen verlichten van een van de belangrijkste oorzaken van een aanzienlijke achteruitgang van ICF-implosies bij de National Ignition Facility (NIF), 's werelds meest energieke laser.

"Deze asymmetrieën kunnen de beschikbare energie om de hotspot te verwarmen verminderen en de opsluiting van die energie verminderen, "Zei Casey. "Het is alsof je een ballon aan de ene kant wat harder samenknijpt dan aan de andere kant, op een gegeven moment zal de ballon proberen de zwakke plekken te ventileren."

Het artikel onthult dat kleine onvolkomenheden in de capsule kunnen uitgroeien tot enorme vervormingen van de implosie bij maximale compressie. In feite, enkele recente experimenten die in het artikel worden beschreven, laten zien dat een niet-uniformiteit van minder dan een procent (ongeveer 0,7 procent) in de dikte van de HDC-capsule kan uitgroeien tot ongeveer 25 procent variaties in de dichtheid van het brandstofgebied en hotspot-snelheden kan produceren in de orde van 100 kilometer per seconde.

"Dit resultaat is significant, want als we de oorzaken van deze asymmetrieën in ICF-implosies kennen, we zijn beter in staat om ze te voorspellen en hun impact te begrijpen, "Zei Casey. "Misschien het belangrijkste, als we de oorzaken kennen, kunnen we eraan werken om ze op te lossen."

Het werk werd uitgevoerd door radiografie van de pre-shot capsules vóór het experiment om het niveau van niet-uniformiteit te bepalen. Nadat het experiment is uitgevoerd, het team zocht naar tekenen van asymmetrie in de waargenomen resterende hotspotsnelheid en asymmetrie van de schaaldichtheid.

"Dit werk werd gedeeltelijk mogelijk gemaakt door vooruitgang in het diagnosticeren van implosie-asymmetrie door observaties van de hotspotsnelheid met behulp van neutronenspectrometrie, " Zei Casey. "Samen met vooruitgang in het meten van niet-uniformiteit van de schil door anisotropieën van neutronenactivering.

"Het is als de analogie van de ballon die aan één kant harder wordt samengeknepen, als we ontdekken dat de hotspotsnelheid in een bepaalde richting erg hoog is en uitgelijnd met significante niet-uniformiteit van de schaal, we weten dat sommige aspecten van de implosie niet voldoende symmetrisch waren, " legde Casey uit. "Dan wordt de vraag 'waarom die richting?'"

Het team keek vervolgens naar het vergelijken van de vooraf gemaakte röntgenfoto's van de capsule met de hotspotsnelheid. Ze ontdekten dat variaties in capsuledikte die uit de röntgenfoto's worden afgeleid, vaak gecorreleerd zijn in zowel richting als grootte. Dit suggereert sterk dat de niet-uniformiteiten van de schaal ten minste een van de belangrijkste oorzaken van asymmetrie zijn, zoals gediagnosticeerd door de hotspotsnelheid.

Casey zei dat het begrijpen en verbeteren van de prestaties van ICF-implosies een belangrijk onderdeel is van het onderzoek van het Lab naar de NIF.

"Nu we hebben ontdekt dat de niet-uniformiteit van de HDC-schaal een belangrijke verslechtering van de implosieprestaties is, we werken aan het vergroten van de nauwkeurigheid van onze metrologie van de schelpen en ook aan het verbeteren van de productie van HDC om meer uniforme schelpen te produceren, " hij zei.