Gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno recentemente pubblicato i risultati di una campagna sperimentale di tre settimane presso la Jupiter Laser Facility del laboratorio per testare le prestazioni delle schiume prodotte con additivi riscaldati al laser.

Il progetto aiuta a supportare due importanti aree di interesse del Laboratorio, incluso aiutare a far progredire la produzione additiva e consentendo miglioramenti nelle prestazioni degli hohlraum, che sono cavità riscaldate al laser che producono un'unità di radiazione a raggi X che implode una capsula piena di deuterio.

Il lavoro supporta anche il progresso dello stato dell'arte nella scienza ad alta densità di energia. In particolare, consentendo hohlraum più efficienti, dovrebbe aiutare a raggiungere l'obiettivo del programma di fusione a confinamento inerziale (ICF) di ottenere l'accensione in laboratorio.

Oggie Jones, autore principale dell'opera che è stata descritta in Fisica dei Plasmi , ha detto, a conoscenza del team, che questa era la prima volta che venivano fatti esperimenti su schiume prodotte con additivi strutturati riscaldati al laser.

I principali risultati della ricerca hanno mostrato che le schiume prodotte con additivi riscaldati al laser si comportano in molti modi in modo simile alle schiume chimiche (aerogel) di densità simili. La quantità di luce laser retrodiffusa per una data intensità laser e la velocità di propagazione di un'onda termica sebbene il plasma fossero simili.

"Questo era vero anche se le schiume prodotte con additivi hanno strutture filamentose di ordine 100 volte più spesse delle schiume chimiche della stessa densità, "Ha detto Jones. "Anche le schiume prodotte con l'additivo si sono comportate in modo abbastanza indipendente dalle dimensioni della scala".

Il team ha testato schiume prodotte con additivi geometricamente simili, uno con filamenti spessi 0,5 micron e uno con filamenti spessi 10 micron. La retrodiffusione e le firme dell'immagine a raggi X erano quasi indistinguibili. Il team ha scoperto che i modelli analitici della schiuma pubblicati erano generalmente in grado di spiegare le velocità di propagazione termica misurate e le temperature misurate negli esperimenti.

Jones ha spiegato che l'uso di materiali espansi negli hohlraums apre nuove possibilità di progettazione nell'azionamento indiretto nella fusione a confinamento inerziale. In particolare, le schiume possono essere posizionate all'interno dell'hohlraum per rivestire le pareti.

"Se la densità della schiuma è accuratamente selezionata, è possibile modificare il modo in cui il materiale della parete di hohlraum si espande nel tempo e quindi migliorare potenzialmente la simmetria della trasmissione della radiazione sulla capsula ICF, " Egli ha detto.

Inoltre, schiume a densità molto bassa drogate con vari elementi possono essere utilizzate per adattare le condizioni del plasma all'interno dell'hohlraum e potenzialmente mitigare le interazioni laser plasma (laser backscatter). Le schiume prodotte con additivi consentono il massimo controllo sulle condizioni del plasma. Densità e gradienti di drogante possono essere incorporati nella schiuma. Poiché queste schiume sono all'interno dell'hohlraum, il modo in cui vengono riscaldati dal laser è la chiave per comprendere il loro impatto complessivo sulle prestazioni di hohlraum.

Gli esperimenti hanno utilizzato un singolo raggio laser da 527 nanometri (verde). L'impulso laser era di 200 joule, circa due nanosecondi di durata e ha prodotto un'intensità laser di picco di 3x1014 W/cm ² sugli obiettivi di schiuma. Durante una settimana di tempo del raggio, la squadra ha sparato a circa 20 diversi bersagli in schiuma.

Elijah Kemp è stato il principale sperimentatore di questo progetto e tra i coautori c'erano Steve Langer, Benjamin Winjum, Dick Berger, James Oakdale, Mikhail Belyaev, Juergen Biener, Monika Biener, Derek Mariscal, José Milovich, Michael Stadermann, Phil Sterne e Scott Wilks.

Un secondo articolo su questa ricerca, focalizzato sulle simulazioni numeriche di questi esperimenti, inoltre è stato accettato per la pubblicazione da Plasma Physics e Controlled Fusion. Gli autori includono Jose Milovich, Ogden Jones, Dick Berger, Elia Kemp, James Oakdale, Juergen Biener, Mike Belyaev, Derek Mariscal, Steve Langer, Phil Sterne, Scott Sepke e Michael Stadermann.

I nuovi obiettivi in ​​schiuma sono stati prodotti al LLNL da un gruppo guidato da Stadermann, Juergen Biener e Oakdale.

Il lavoro è stato finanziato dal programma di ricerca e sviluppo diretto dal laboratorio di integrazione delle armi e dei complessi (LDRD) della LLNL intitolato "Schiume in Hohlraums".

Questa ricerca ha portato a un progetto LDRD successivo intitolato "Foam Fills for LPI Suppression". In questo progetto, i ricercatori esploreranno specifiche configurazioni di riempimento in schiuma a bassa densità che portano a una riduzione della retrodiffusione negli hohlraum ICF.

"In caso di successo, questa ricerca potrebbe consentire agli hohlraum di funzionare a densità di riempimento che non funzionavano con semplici riempimenti di gas elio, "Ha detto Jones. "Questo aprirebbe un'area dello spazio di progettazione che in precedenza era chiusa a causa dell'eccessiva retrodiffusione del laser".