Uma equipe de cientistas conduziu uma análise de experimentos de esfera de ouro dirigidos diretamente para testar modelos de transporte de calor usados ​​em fusão por confinamento inercial (ICF) e modelagem de densidade de alta energia (HED). Verificou-se que a restrição excessiva do fluxo de calor causou discordância com a medição.

Contudo, simulações com um modelo de transporte de calor não local reduzido corresponderam quantitativamente às condições de plasma (densidade e temperatura de elétrons) inferidas a partir do diagnóstico de espalhamento óptico de Thomson, e que as condições do plasma eram qualitativamente consistentes com um local, modelo de transporte irrestrito de calor. Avançar, divergências no acoplamento do laser e na potência irradiada são provavelmente devido a deficiências nos modelos de outros processos físicos.

Este trabalho foi apresentado como uma palestra convidada na reunião 2020 APS Division of Plasma Physics, e aparece em Física dos Plasmas na “Coleção Especial:Artigos da 62ª Reunião Anual da Divisão de Física dos Plasmas da APS”. O trabalho é produto de uma colaboração entre o Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), o Laboratório de Laser Energética e a Universidade de Alberta. O experimento foi conduzido no Omega Laser Facility da University of Rochester.

Will Farmer do LLNL atuou como designer principal e primeiro autor do artigo, e George Swadling foi o experimentalista e co-autor principal. Outros co-autores incluem Mordy Rosen, Candace Harris, Marilyn Schneider, Mark Sherlock e Steven Ross do LLNL, Wojciech Rozmus e Colin Bruulsema da University of Alberta e Dana H. Edgell e Joe Katz da University of Rochester.

"Não fomos capazes de comparar a luz laser não absorvida medida e o fluxo de raios-X irradiado, mas as condições do plasma eram insensíveis à discrepância de energia para esses processos, "Farmer disse sobre o trabalho." Isso sugere que as deficiências na modelagem não são devidas ao transporte de calor, mas a alguma outra parte da física. "

Esta pesquisa foi conduzida em um esforço para determinar a origem do "déficit de movimentação, "um problema de longa data na modelagem ICF e HED em que os tempos de explosão da cápsula sempre parecem ocorrer mais tarde do que nas simulações e a quantidade de fluxo de raios-X em um hohlraum é superestimada pela simulação.

Anteriormente, foi proposto que o uso de um modelo de fluxo de calor restritivo poderia eliminar parte do déficit de movimentação. Os resultados da esfera de ouro não apóiam essa abordagem e sugerem que o problema está em outro lugar. Resolver a questão do déficit de movimentação é um passo importante para o desenvolvimento de um modelo preditivo de experimentos ICF e HED.

Farmer comparou o equilíbrio de energia em um hohlraum a cozinhar um bolo no forno. "Você colocou seu bolo no forno, "ele disse." E você quer saber quando você tem que tirá-lo. A fim de saber, você precisa entender quanta energia está colocando no forno, quanta energia é refletida pelas paredes e quanta energia é perdida por meio da condução para fora das paredes, para que sua estimativa da temperatura do forno esteja correta. "

Farmer disse isso por qualquer motivo, o forno está mais frio do que pensamos que deveria estar e o bolo sempre parece demorar mais para cozinhar do que pensamos que deveria, e este trabalho está tentando descobrir por que o forno está "vazando mais" do que o esperado. "Determinamos que o transporte de calor, pelo menos para esferas de ouro dirigidas diretamente. Ninguém quer um bolo escorrendo, " ele explicou.

Farmer disse que o trabalho está no cerne da missão de gestão de estoque para o laboratório, porque está tentando desenvolver ferramentas de previsão que podem ser aplicadas em todas as comunidades HED e ICF. "Eu acho que se pudermos entender o déficit de movimentação, terá profundas implicações para muitas áreas ativas de pesquisa no Laboratório, " ele disse.

Farmer disse que, como a equipe concluiu que o problema não é o transporte de calor, a próxima etapa é examinar outros mecanismos físicos possíveis. Primeiro, eles querem examinar se eles podem combinar as condições de plasma e o acoplamento de laser usando os melhores códigos de interação de plasma a laser para Z baixo, esferas de berílio onde pouca energia é dividida em raios-X. Em seguida, a equipe pegará o que aprendeu e aplicará nas esferas de ouro para ver se há uma história autoconsistente para acoplamento de laser e transporte de calor, com qualquer outra discrepância provavelmente atribuível a deficiências na modelagem de processos de física atômica.

Segundo, a equipe apresentou uma proposta para fazer esferas mid-Z, onde a radiação tem um impacto moderado no balanço de energia. Lá, os pesquisadores podem testar se a discrepância no balanço de energia simulado é devido às previsões da física atômica de opacidades e emissividades de raios-X.

Farmer disse que o LLNL construiu uma forte colaboração com Rozmus e seu aluno de graduação Bruulsema, que foram fundamentais na análise dos dados para o trabalho. Duas publicações saíram deste projeto até agora e uma terceira está sendo escrita. Publicações adicionais são esperadas conforme o trabalho continua.