p Cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) publicaram recentemente os resultados de uma campanha experimental de três semanas nas instalações de laser de Júpiter do laboratório para testar o desempenho de espumas fabricadas com aditivos aquecidos a laser. p O projeto ajuda a apoiar duas grandes áreas de foco do Laboratório, incluindo a ajuda no avanço da manufatura aditiva e permitindo melhorias no desempenho de hohlraums - que são cavidades aquecidas a laser que produzem uma unidade de radiação de raios-X que implode uma cápsula cheia de deutério.

p O trabalho também apóia o avanço do estado da arte na ciência de alta densidade de energia. Em particular, ao permitir hohlraums mais eficientes, deve ajudar a atingir o objetivo do programa de fusão por confinamento inercial (ICF) de alcançar a ignição no laboratório.

p Oggie Jones, autor principal do trabalho apresentado em Física dos Plasmas , disse que, ao conhecimento da equipe, esta foi a primeira vez que experimentos foram feitos em espumas fabricadas com aditivos estruturados aquecidos a laser.

p As principais descobertas da pesquisa mostraram que as espumas manufaturadas com aditivos aquecidos a laser se comportavam de muitas maneiras de maneira semelhante às espumas químicas (aerogel) de densidades semelhantes. A quantidade de luz de laser retroespalhada para uma determinada intensidade de laser e a velocidade de propagação de uma onda térmica pelo plasma eram semelhantes.

p "Isso era verdade, embora as espumas manufaturadas com aditivos tenham estruturas filamentosas de ordem 100 vezes mais espessas do que as espumas químicas da mesma densidade, "Jones disse." As próprias espumas manufaturadas aditivas também se comportam de forma bastante independente do tamanho da escala. "

p A equipe testou espumas fabricadas com aditivos geometricamente semelhantes, um com filamentos de 0,5 mícron de espessura e outro com filamentos de 10 mícron de espessura. As assinaturas de retroespalhamento e de raio-X eram quase indistinguíveis. A equipe descobriu que os modelos analíticos de espuma publicados eram geralmente capazes de explicar as velocidades de propagação térmica medidas e as temperaturas medidas nos experimentos.

p Jones explicou que o uso de materiais de espuma em hohlraums abre novas possibilidades de design no impulso indireto na fusão de confinamento inercial. Em particular, espumas podem ser colocadas dentro do hohlraum para forrar as paredes.

p "Se a densidade da espuma for cuidadosamente selecionada, é possível mudar como o material da parede hohlraum se expande com o tempo e, assim, melhorar potencialmente a simetria da transmissão de radiação para a cápsula da ICF, " ele disse.

p Além disso, espumas de densidade muito baixa dopadas com vários elementos podem ser usadas para ajustar as condições do plasma dentro do hohlraum e potencialmente mitigar as interações de plasma a laser (retroespalhamento do laser). As espumas manufaturadas com aditivos permitem o melhor controle sobre as condições do plasma. Gradientes de densidade e contaminantes podem ser incorporados à espuma. Uma vez que essas espumas estão dentro do hohlraum, a maneira como são aquecidos pelo laser é a chave para entender seu impacto geral no desempenho do hohlraum.

p Os experimentos usaram um único feixe de laser de 527 nanômetros (verde). O pulso de laser era de 200 joules, cerca de dois nanossegundos de duração e resultou em um pico de intensidade do laser de 3x1014 W / cm ² nos alvos de espuma. Durante uma semana de tempo de feixe, a equipe atirou em aproximadamente 20 alvos de espuma diferentes.

p Elijah Kemp atuou como experimentalista líder neste projeto e os co-autores incluíram Steve Langer, Benjamin Winjum, Dick Berger, James Oakdale, Mikhail Belyaev, Juergen Biener, Monika Biener, Derek Mariscal, Jose Milovich, Michael Stadermann, Phil Sterne e Scott Wilks.

p Um segundo artigo sobre esta pesquisa, focado em simulações numéricas desses experimentos, também foi aceito para publicação pela Plasma Physics and Controlled Fusion. Os autores incluem Jose Milovich, Ogden Jones, Dick Berger, Elijah Kemp, James Oakdale, Juergen Biener, Mike Belyaev, Derek Mariscal, Steve Langer, Phil Sterne, Scott Sepke e Michael Stadermann.

p Os novos alvos de espuma foram produzidos no LLNL por um grupo liderado por Stadermann, Juergen Biener e Oakdale.

p O trabalho foi financiado pelo programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido do Laboratório de Integração de Armas e Complexos (LDRD) do LLNL intitulado "Espumas em Hohlraums".

p Essa pesquisa levou a um projeto de LDRD subsequente intitulado "Foam Fills for LPI Suppression". Neste projeto, os pesquisadores explorarão configurações específicas de preenchimento de espuma de baixa densidade que levam à redução da retroespalhamento em hohlraums da ICF.

p "Se for bem-sucedido, esta pesquisa poderia permitir que hohlraums operassem em densidades de preenchimento que não funcionavam com preenchimentos de gás hélio simples, "Jones disse." Isso abriria uma área do espaço de design que estava anteriormente fechada devido ao excesso de retroespalhamento do laser. "