As implosões de fusão por confinamento inercial (ICF) requerem níveis muito altos de simetria para atingir as altas densidades e temperaturas necessárias para o autoaquecimento induzido por fusão. Mesmo desvios de nível percentual da simetria esférica perfeita podem levar a distorções significativas da implosão e, por fim, degradar o desempenho da fusão.

Para esse fim, pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) realizaram um trabalho para compreender melhor por que isso acontece. O trabalho foi publicado em Cartas de revisão física e foi apresentado como sugestão do editor.

Daniel Casey, Físico do LLNL e autor principal do artigo, disse que o trabalho resume as observações de assimetrias de densidade de área semeadas por assimetrias de espessura de cápsula de carbono de alta densidade (HDC), ajudando a iluminar uma das principais causas de uma degradação significativa nas implosões da ICF na Instalação Nacional de Ignição (NIF), o laser mais energético do mundo.

“Essas assimetrias podem diminuir a energia disponível para aquecer o hotspot e reduzir o confinamento dessa energia, "Casey disse." É como apertar um balão um pouco mais forte de um lado do que do outro, em algum ponto, o balão tentará desabafar os pontos fracos. "

O artigo revela que pequenas imperfeições na cápsula podem se transformar em enormes distorções da implosão no pico de compressão. Na verdade, alguns experimentos recentes descritos no artigo mostram que a não uniformidade de nível de sub-percentual (aproximadamente 0,7 por cento) na espessura da cápsula de HDC pode crescer em aproximadamente 25 por cento de variações na densidade de área do combustível e produzir velocidades de ponto de acesso na ordem de 100 quilômetros por segundo.

"Esse resultado é significativo porque, se conhecermos as causas dessas assimetrias nas implosões da CIF, somos mais capazes de predizê-los e entender seu impacto, "Casey disse." Talvez o mais importante, se conhecermos as causas, podemos trabalhar para consertá-las. "

O trabalho foi conduzido radiografando as cápsulas pré-injetadas antes do experimento para determinar o nível de não uniformidade. Então, depois que o experimento é realizado, a equipe procurou por sinais de assimetria na velocidade do ponto de acesso residual observada e assimetria da densidade de área da concha.

"Este trabalho foi possibilitado em parte pelos avanços no diagnóstico de assimetria de implosão por meio de observações da velocidade do ponto de acesso usando espectrometria de nêutrons, "Casey disse." Junto com os avanços na medição da não uniformidade da casca por meio de anisotropias de ativação de nêutrons.

"É como a analogia do balão que está sendo apertado com mais força de um lado, se descobrirmos que a velocidade do ponto de acesso é muito alta em alguma direção e alinhada com a não uniformidade significativa da casca, sabemos que alguns aspectos da implosão não eram adequadamente simétricos, "Casey explicou." Então a questão se torna 'por que essa direção?' "

A equipe então comparou as radiografias pré-disparadas da cápsula com a velocidade do ponto quente. Eles descobriram que as variações da espessura da cápsula deduzidas das radiografias são frequentemente correlacionadas tanto na direção quanto na magnitude. Isso sugere fortemente que as não uniformidades da casca são pelo menos uma das principais causas de assimetria, conforme diagnosticado por meio da velocidade do ponto de acesso.

Casey disse que entender e melhorar o desempenho das implosões da ICF é uma parte importante da pesquisa do laboratório sobre o NIF.

"Agora que descobrimos que a não uniformidade do escudo HDC é uma degradação importante do desempenho de implosão, estamos trabalhando para aumentar a precisão de nossa metrologia das cascas e também para melhorar a fabricação de HDC para produzir cascas mais uniformes, " ele disse.