美國點火工程：低填充黑腔提高效率

在美國國家點火裝置實驗中，或點起 NIF的192分激光束注入數以百萬計的激光能量的焦耳到一塊小橡皮擦大小的用包含在它的中心的融合目標膠囊黑腔的柱狀金成蔭的容器調。

控制在黑腔裡面發生是該實驗室中產生聚變點火和增益的重要一步，並且LLNL的團隊專註於這一點。

當激光束輸入黑腔並撞擊它的壁時，激光能量迅速地將黑腔進入的X射線箱，這些X射線洗澡目標，造成膠囊殼蒸發並驅動燃料向內近400公里，以獲得內爆中心達到100多萬攝氏度，壓力溫度可能會超過100十億倍地球大氣層的目標。

為了驅動在內部和外錐激光束必須平衡對稱地內爆的放置和相對能量，這是複雜的。但是，由這樣的事實，作為激光器擊中黑腔的內壁，所述壁變成膨脹等離子體阻礙激光束路徑和不利地影響X射線驅動對稱性的必要為點火條件。

NIF點火黑腔的示意圖。燃料膠囊放置在稱為黑腔的金屬氣缸內，激光光束通過激光入口孔在所述氣缸的端部輸入目標和撞擊內黑腔，以產生X射線的該激光束被布置成兩個錐體，一個被指出朝向指向端部附近的黑腔和外錐的腰部內錐體，這兩個錐被獨立地控制，以幫助實現對稱內爆。

為了解決這個問題，在2006-2012國家點火戰役（NIC）和當前的活動使用高氦氣填充黑腔。雖然實驗是以實現燃料增益和α加熱。他們還表明，在高氣體填充方法是由高水平可用激光能量而引起的驅動不對稱激光等離子體不穩定性（LPI）的損害。

這導致該程序使用黑腔具有低氣體填充物，以降低LPI追求一種替代方法。該結果已經有為-顯著降低LPI，20至25％的效率的改善，從激光能量X射線的轉換，和一個多模型和實驗結果之間更緊密的匹配。

低填充黑腔設有自己的挑戰主要是黑腔的壁的膨脹用氣體填充物更少的限制。為了解決這個問題，該程序決定縮短激光脈衝，為6?7納秒，小於使用的脈衝長度的一半。

在膠囊材料的變化是移動到更短的脈衝的一種方法。該方法使用由高密度碳（HDC），或金剛石，其具有密度三倍，在以前的活動中使用的塑料製成的靶標。這導致在更薄的膠囊殼，重要的是因為脈衝長度主要由需要用於衝擊波通過膠囊所用的時間來確定。

「一位長期關注，甚至之前的NIC，有人認為這將是無法控制的黑腔的對稱，」卡拉漢說，「對稱是一個很大的挑戰，這是一個重大的成就，我們已經能夠做到這一點。「

此外，更對稱內爆效率更高，並且是表示屈服。「雖然我們的總產還沒有漲我們單位激光能量收益率，」卡拉漢指出，「我們現在要同產量較少的激光能量，這也就說是，我們已經改善了內爆的質量，能量轉換成產量以更有效的方式。「

現在，內爆更對稱驅動，團隊已經能夠獲得在工程更清晰的外觀特點是影響內爆，如用於填充氘 氚燃料的膠囊填充管道和容器支架保持膠囊在黑腔的地方。該計劃目前正致力於減少這些部件的影響，這將在本系列以後的文章中探討。

在一個內爆的各個階段進行比較的NIF高密度碳（HDC），或金剛石，膠囊縮放的圖像在低氣體填充黑腔使用短脈衝時表現出在多個尺度尺寸的對稱性控制。背景圖像是原始HDC殼;左圖像是外殼的X光片，因為它的會聚向內（採取，20166月27日丸）;中間圖像是從氣體填充的膠囊的測試中心對稱熱芯的X射線發射（鏡頭2月21日2016）;和圖像上的右側是從一個裝有燃料的層狀膠囊（鏡頭的中央熱芯的x射線發射上2016年10月23日）。

展望未來，該方案目前計劃把重點放在應用所學，進一步提高目標設計。「我們已經進步了數量驚人，建立在原有的NIC的努力，」勞拉·貝薩克·霍普金斯，設計領先的HDC運動說，「我們已經能夠幾乎去除反向散射能量損失和潛在的激光損傷的根源。我們已經能夠與平台，其中的代碼是更具預測性驅動器和黑腔達到用相同量的激光能量較高的溫度工作。

「而在過去的一年裡，」她說，「我們已經能夠可預測設計和測量內爆，使我們可以控制的對稱性更好。我們現在希望做的是使用我們已經學會盡量讓進一步改進目標性能「。

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