Un equipo de científicos ha realizado un análisis de experimentos de esferas de oro impulsados ​​directamente para probar los modelos de transporte de calor utilizados en la fusión por confinamiento inercial (ICF) y el modelado de alta densidad de energía (HED). Se encontró que la restricción excesiva del flujo de calor provocó un desacuerdo con la medición.

Sin embargo, Las simulaciones con un modelo de transporte de calor no local reducido coincidieron cuantitativamente con las condiciones del plasma (tanto la densidad de electrones como la temperatura) inferidas del diagnóstico óptico de dispersión de Thomson, y que las condiciones plasmáticas eran cualitativamente consistentes con un local, modelo de transporte de calor sin restricciones. Más lejos, Los desacuerdos en el acoplamiento láser y la potencia radiada probablemente se deban a deficiencias en los modelos de otros procesos físicos.

Este trabajo fue presentado como una charla invitada en la reunión 2020 de la División de Física del Plasma de APS, y aparece en Física de Plasmas en la "Colección especial:artículos de la 62ª Reunión Anual de la División de Física del Plasma de APS". El trabajo es producto de una colaboración entre el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), el Laboratorio de Energética Láser y la Universidad de Alberta. El experimento se llevó a cabo en las instalaciones de láser Omega de la Universidad de Rochester.

Will Farmer de LLNL se desempeñó como diseñador principal y primer autor del artículo, y George Swadling fue el principal experimentalista y coautor. Otros coautores incluyen a Mordy Rosen, Candace Harris, Marilyn Schneider, Mark Sherlock y Steven Ross de LLNL, Wojciech Rozmus y Colin Bruulsema de la Universidad de Alberta y Dana H. Edgell y Joe Katz de la Universidad de Rochester.

"No pudimos igualar la luz láser no absorbida medida y el flujo de rayos X irradiado, pero las condiciones del plasma eran insensibles a la discrepancia de energía para estos procesos, Farmer dijo del trabajo:"Esto sugiere que las deficiencias en el modelado no se deben al transporte de calor, sino a alguna otra parte de la física".

Esta investigación se realizó en un esfuerzo por determinar la fuente del "déficit de impulso, "un problema de larga data en el modelado de ICF y HED por el cual los tiempos de explosión de las cápsulas siempre parecen ocurrir más tarde que en las simulaciones y la cantidad de flujo de rayos X en un hohlraum se sobre predice mediante la simulación.

Previamente, Se había propuesto que el uso de un modelo de flujo de calor restrictivo podría eliminar parte del déficit de conducción. Los resultados de la esfera de oro no apoyan este enfoque y sugieren que el problema está en otra parte. Resolver el problema del déficit de unidades es un paso importante hacia el desarrollo de un modelo predictivo de experimentos de ICF y HED.

Farmer comparó el balance de energía en un hohlraum con cocinar un pastel en un horno. "Has puesto tu pastel en el horno, ", dijo." Y quieres saber cuándo tienes que sacarlo. Para saber, necesita saber cuánta energía está poniendo en el horno, cuánta energía se refleja en las paredes y cuánta energía se pierde por conducción fuera de las paredes, para que su estimación de la temperatura del horno sea correcta ".

Farmer dijo que por alguna razón, el horno está más frío de lo que pensamos que debería estar y el pastel siempre parece tardar más en cocinarse de lo que pensamos que debería, y este trabajo trata de averiguar por qué el horno tiene "más fugas" de lo esperado. "Hemos determinado que el transporte de calor, al menos para esferas de oro impulsadas directamente. Nadie quiere un pastel líquido " él explicó.

Farmer dijo que el trabajo se encuentra en el corazón de la misión de administración de existencias para el laboratorio, porque está intentando desarrollar herramientas predictivas que se puedan aplicar en las comunidades HED e ICF. "Creo que si podemos entender el déficit de unidades, Tendrá profundas implicaciones para muchas áreas activas diferentes de investigación en el Laboratorio, " él dijo.

Farmer dijo que dado que el equipo ha llegado a la conclusión de que el problema no es el transporte de calor, el siguiente paso es examinar otros posibles mecanismos físicos. Primero, Quieren examinar si pueden coincidir tanto con las condiciones del plasma como con el acoplamiento láser utilizando los mejores códigos de interacción de plasma láser para Z bajo, esferas de berilio donde se divide poca energía en rayos X. Luego, el equipo tomará lo aprendido y lo aplicará a esferas de oro para ver si existe una historia coherente tanto para el acoplamiento láser como para el transporte de calor. con cualquier otra discrepancia probablemente atribuible a deficiencias en el modelado de los procesos de física atómica.

Segundo, el equipo ha presentado una propuesta para hacer esferas mid-Z, donde la radiación tiene un impacto moderado en el balance energético. Allí, los investigadores pueden probar si la discrepancia en el balance energético simulado se debe a las predicciones de la física atómica de opacidades y emisividades de rayos X.

Farmer dijo que LLNL ha establecido una sólida colaboración con Rozmus y su estudiante graduado Bruulsema, quienes fueron fundamentales en el análisis de los datos del trabajo. Hasta ahora han salido dos publicaciones de este proyecto y se está escribiendo una tercera. Se esperan publicaciones adicionales a medida que continúe el trabajo.