Le implosioni di fusione a confinamento inerziale (ICF) richiedono livelli di simmetria molto elevati per raggiungere le elevate densità e temperature richieste per l'autoriscaldamento indotto dalla fusione. Anche le deviazioni a livello percentuale dalla perfetta simmetria sferica possono portare a significative distorsioni dell'implosione e, infine, degradare le prestazioni di fusione.

A quello scopo, i ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno condotto un lavoro per comprendere meglio il motivo per cui ciò accade. L'opera è stata pubblicata in Lettere di revisione fisica ed è stato presentato come suggerimento dell'editore.

Daniele Casey, fisico LLNL e autore principale dell'articolo, ha detto che il lavoro riassume le osservazioni delle asimmetrie di densità areale seminate da asimmetrie di spessore della capsula di carbonio ad alta densità (HDC), aiutando a far luce su una delle principali cause di un significativo degrado nelle implosioni dell'ICF presso il National Ignition Facility (NIF), il laser più energico del mondo.

"Queste asimmetrie possono diminuire l'energia disponibile per riscaldare l'hotspot e ridurre il confinamento di tale energia, " Disse Casey. "È come schiacciare un palloncino un po' più forte da un lato che dall'altro, ad un certo punto il pallone tenterà di sfogare i punti deboli."

Il documento rivela che minuscole imperfezioni nella capsula possono trasformarsi in enormi distorsioni dell'implosione al picco di compressione. Infatti, alcuni recenti esperimenti descritti nell'articolo mostrano che una non uniformità di livello inferiore alla percentuale (circa lo 0,7 percento) nello spessore della capsula HDC può aumentare fino a circa il 25 percento di variazioni nella densità dell'area del carburante e produrre velocità dei punti caldi dell'ordine di 100 chilometri al secondo.

"Questo risultato è significativo perché se conosciamo le cause di queste asimmetrie nelle implosioni dell'ICF, siamo più in grado di prevederli e comprenderne l'impatto, " disse Casey. "Forse la cosa più importante, se conosciamo le cause possiamo lavorare per risolverle".

Il lavoro è stato condotto radiografando le capsule pre-shot prima dell'esperimento per determinare il livello di non uniformità. Quindi, dopo aver eseguito l'esperimento, il team ha cercato segni di asimmetria nella velocità residua osservata dell'hotspot e nell'asimmetria della densità areale del guscio.

"Questo lavoro è stato reso possibile in parte dai progressi nella diagnosi dell'asimmetria dell'implosione attraverso le osservazioni della velocità del punto caldo utilizzando la spettrometria di neutroni, " ha detto Casey. "Insieme ai progressi nella misurazione della non uniformità del guscio attraverso le anisotropie di attivazione dei neutroni.

"È come l'analogia del pallone che viene schiacciato più forte da un lato, se troviamo che la velocità dell'hotspot è molto alta in qualche direzione e allineata con una significativa non uniformità del guscio, sappiamo che alcuni aspetti dell'implosione non erano adeguatamente simmetrici, " ha spiegato Casey. "Allora la domanda diventa 'perché quella direzione?" "

Il team ha quindi esaminato il confronto delle radiografie pre-shot della capsula con la velocità dell'hotspot. Hanno scoperto che le variazioni di spessore della capsula dedotte dalle radiografie sono spesso correlate sia in direzione che in ampiezza. Ciò suggerisce fortemente che le disuniformità del guscio sono almeno una delle principali cause di asimmetria diagnosticata attraverso la velocità dell'hotspot.

Casey ha affermato che la comprensione e il miglioramento delle prestazioni delle implosioni dell'ICF è una parte importante della ricerca del laboratorio sul NIF.

"Ora che abbiamo scoperto che la non uniformità del guscio HDC è un importante degrado delle prestazioni di implosione, stiamo lavorando per aumentare la precisione della nostra metrologia dei gusci e anche per migliorare la fabbricazione di HDC per produrre gusci più uniformi, " Egli ha detto.