对称性挑战:“窥视”黑腔

发布时间: 2017-08-20 15:22:58   作者:本站编辑   来源: LLNL   浏览次数:

  

   

  在惯性约束聚变的诸多挑战中,如何保持靶丸在内爆时的完美对称无疑是一个重要问题。NIF的极端条件使这变得极为困难——内爆压缩使半径缩小30倍,速度约400千米每秒,这将放大点火过程的任何瑕疵。控制对称性的关键首先要了解黑腔的环境,激光束从顶部和底部进入黑腔并迅速将腔体变成X射线熔炉。黑腔内部光束的布局和能量平衡将影响内爆的对称性,由于激光束脉宽较长(~25纳秒),先到达腔壁的脉冲将产生等离子体并和脉冲后沿作用。黑腔内动力学过程时相对复杂的,而ICF团队则窥视了黑腔内部并观测到动力学过程。

  1采用薄腔时,可对激光能量的沉积成像。右侧的实验数据则表明在不同时刻激光束的作用过程:前三幅说明激光能量主要传导给黑腔束腰位置,而后期信号迅速下降则说明光束不再传输至中心处。

  研究人员将不同示踪材料放置在黑腔内层的不同位置,从而可反演出物理过程中腔内壁的运动以及碰撞点。另有一种薄壁成像方法,即将厚度为30微米的黑腔降低至8微米厚。这将使观察者精确地监测激光束与腔壁的作用时间和过程。

  ICF团队的实验物理学家 Nobuhiko Izumi表示,“黑腔的厚度是精确地设计的,这样不会影响里面的动力学过程”。“如果腔壁过薄,黑腔将冷却,而过厚则看不清内部状态”。黑腔的物理条件在一个发次过程中迅速变化,而X射线快速成像则第一次呈现了激光能量随着时间沉积的精确数据,特别是等离子体“空泡”在黑腔中间部位的交叉作用。

  ICF团队的实验物理学家Joe Ralph表示,“我们正开始理解物理过程,并希望通过诊断方法探究其原因,最近已获得一些关于等离子体空泡早期增长的信息,甚至在激光能量并不强的时候,从而可以诊断不同平台下黑腔的问题,并查明怎样的几何设计对光束传输最有利”。

  辐射课题组负责人 Marilyn Schneider指出“这些研究方法指明了激光沉积区域和热导在腔内的转移”。每种方法均是为了探究黑腔科学的重要组成部分,通过将复杂的问题分解,ICF团队在每个实验中获取越来越多的数据,这将对黑腔物理过程有更好的理解。进而提高激光能量到靶丸的转换效率。Ralph强调“我认为加强数据采集是必要的,我们获得更多可靠的诊断数据,我们就可以从实验中学习更多,从而可以加快研究进度。把这些技术结合起来,我们已经取得了重要进步”。

摘译自:Experimental Highlights – 2017, National Ignition Facility & Photon Science

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