Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) publicaron recientemente los resultados de una campaña experimental de tres semanas en la Instalación Láser Júpiter del Laboratorio para probar el rendimiento de las espumas fabricadas con aditivos calentadas con láser.

El proyecto ayuda a respaldar dos áreas principales de enfoque del laboratorio, incluso ayudando a avanzar en la fabricación aditiva y permitiendo mejoras en el rendimiento de los hohlraums, que son cavidades calentadas con láser que producen un impulso de radiación de rayos X que implosiona una cápsula llena de deuterio.

El trabajo también apoya el avance del estado del arte en la ciencia de alta densidad de energía. En particular, al permitir hohlraums más eficientes, debería ayudar a alcanzar el objetivo del programa de fusión por confinamiento inercial (ICF) de lograr la ignición en el laboratorio.

Oggie Jones, autor principal del trabajo que apareció en Física de Plasmas , dijo que, según el conocimiento del equipo, esta era la primera vez que se realizaban experimentos con espumas fabricadas con aditivos estructurados calentadas con láser.

Los principales hallazgos de la investigación mostraron que las espumas fabricadas con aditivos calentadas con láser se comportaron de muchas maneras de manera similar a las espumas químicas (aerogel) de densidades similares. La cantidad de luz láser retrodispersada para una determinada intensidad de láser y la velocidad de propagación de una onda térmica a través del plasma eran similares.

"Esto fue cierto a pesar de que las espumas fabricadas con aditivos tienen estructuras filamentosas del orden de 100 veces más gruesas que las espumas químicas de la misma densidad, Jones dijo. "También se encontró que las propias espumas fabricadas con aditivos se comportan de manera bastante independiente del tamaño de la escala".

El equipo probó espumas fabricadas con aditivos geométricamente similares, uno con filamentos de 0,5 micrones de espesor y otro con filamentos de 10 micrones de espesor. Las firmas de las imágenes de retrodispersión y rayos X eran casi indistinguibles. El equipo descubrió que los modelos analíticos de espuma publicados generalmente podían explicar las velocidades de propagación térmica medidas y las temperaturas medidas en los experimentos.

Jones explicó que el uso de materiales de espuma en hohlraums abre nuevas posibilidades de diseño en el accionamiento indirecto en la fusión por confinamiento inercial. En particular, se pueden colocar espumas dentro del hohlraum para revestir las paredes.

"Si se selecciona cuidadosamente la densidad de la espuma, es posible cambiar la forma en que el material de la pared de hohlraum se expande con el tiempo y, por lo tanto, mejorar potencialmente la simetría del impulso de radiación en la cápsula ICF, " él dijo.

Además, Se pueden usar espumas de muy baja densidad dopadas con varios elementos para adaptar las condiciones del plasma dentro del hohlraum y mitigar potencialmente las interacciones del plasma láser (retrodispersión láser). Las espumas fabricadas con aditivos permiten el mejor control sobre las condiciones del plasma. Se pueden incorporar gradientes de densidad y dopantes en la espuma. Dado que estas espumas están dentro del hohlraum, la forma en que son calentados por el láser es clave para comprender su impacto general en el rendimiento del hohlraum.

Los experimentos utilizaron un solo rayo láser de 527 nanómetros (verde). El pulso del láser fue de 200 julios, aproximadamente dos nanosegundos de duración y resultó en una intensidad máxima del láser de 3x1014 W / cm ² en los blancos de espuma. Durante una semana de tiempo de haz, el equipo disparó aproximadamente 20 objetivos de espuma diferentes.

Elijah Kemp se desempeñó como experimentalista principal en este proyecto y los coautores incluyeron a Steve Langer, Benjamín Winjum, Dick Berger, James Oakdale, Mikhail Belyaev, Juergen Biener, Monika Biener, Derek Mariscal, José Milovich, Michael Stadermann, Phil Sterne y Scott Wilks.

Un segundo artículo sobre esta investigación, centrado en simulaciones numéricas de estos experimentos, también ha sido aceptado para su publicación por Plasma Physics y Controlled Fusion. Los autores incluyen a José Milovich, Ogden Jones, Dick Berger, Elijah Kemp, James Oakdale, Juergen Biener, Mike Belyaev, Derek Mariscal, Steve Langer, Phil Sterne, Scott Sepke y Michael Stadermann.

Los nuevos blancos de espuma fueron producidos en LLNL por un grupo liderado por Stadermann, Juergen Biener y Oakdale.

El trabajo fue financiado por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio de Integración Compleja y Armas (LDRD) de LLNL titulado "Espumas en Hohlraums".

Esta investigación ha dado lugar a un proyecto de seguimiento LDRD titulado "Rellenos de espuma para la supresión de LPI". En este proyecto, Los investigadores explorarán configuraciones específicas de relleno de espuma de baja densidad que conducen a una reducción de la retrodispersión en los hohlraums ICF.

"Si tiene éxito, Esta investigación podría permitir que los hohlraums funcionen a densidades de llenado que no funcionaron con rellenos simples de gas helio. Jones dijo:"Esto abriría un área de espacio de diseño que antes estaba cerrada debido a la excesiva retrodispersión del láser".