Bilim adamları, doğrudan yönlendirilen altın küreler kullanan kısıtlayıcı ısı akısı modellerini reddediyor
Bir grup bilim insanı, atalet hapsi füzyonu (ICF) ve yüksek enerji yoğunluğu (HED) modellemesinde kullanılan ısı taşıma modellerini test etmek için doğrudan yönlendirilen altın küre deneylerinin bir analizini gerçekleştirdi. Isı akışını aşırı sınırlamanın ölçümle anlaşmazlığa neden olduğu bulundu.
Bununla birlikte, azaltılmış yerel olmayan ısı taşıma modeline sahip simülasyonlar, optik Thomson saçılma tanılamasından elde edilen plazma koşullarıyla (hem elektron yoğunluğu hem de sıcaklık) niceliksel olarak eşleşti ve plazma koşulları, yerel, kısıtlanmamış bir ısı taşıma modeli ile niteliksel olarak tutarlıydı. Dahası, lazer birleştirme ve yayılan güçteki anlaşmazlıklar muhtemelen diğer fiziksel süreçlerin modellerindeki eksikliklerden kaynaklanmaktadır.
Bu çalışma, 2020 APS Plazma Fiziği Bölümü toplantısında davetli bir konuşma olarak sunuldu ve Plazma Fiziği “Özel Koleksiyon: APS Plazma Fiziği Bölümü 62. Yıllık Toplantısından Bildiriler.” Çalışma, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı (LLNL), Lazer Enerjetik Laboratuvarı ve Alberta Üniversitesi arasındaki işbirliğinin bir ürünüdür. Deney, Rochester Üniversitesi’ndeki Omega Lazer Tesisi’nde gerçekleştirildi.
LLNL’den Will Farmer, makalenin baş tasarımcısı ve ilk yazarı olarak görev yaptı ve George Swadling baş deneyci ve ortak yazardı. Ek yazarlar arasında LLNL’den Mordy Rosen, Candace Harris, Marilyn Schneider, Mark Sherlock ve Steven Ross, Alberta Üniversitesi’nden Wojciech Rozmus ve Colin Bruulsema ve Rochester Üniversitesi’nden Dana H. Edgell ve Joe Katz bulunmaktadır.
Farmer çalışma hakkında “Ölçülen emilmemiş lazer ışığını ve yayılan X ışını akısını eşleştiremedik, ancak plazma koşulları bu işlemler için enerji tutarsızlığına duyarsızdı” dedi. “Bu, modellemedeki eksikliklerin ısı taşınmasından değil, başka bir fizik parçasından kaynaklandığını gösteriyor.”
Bu araştırma, ICF ve HED modellemesinde uzun süredir devam eden bir problem olan “sürücü eksikliğinin” kaynağını belirleme çabasıyla gerçekleştirildi, burada kapsül patlama zamanları her zaman simülasyonlardan daha sonra ortaya çıkıyor ve X-ışını akısı miktarı bir hohlraumda simülasyon tarafından aşırı tahmin edilir.
Daha önce, kısıtlayıcı bir ısı akışı modelinin kullanılmasının sürücü açığının bir kısmını ortadan kaldırabileceği önerilmişti. Altın küre sonuçları bu yaklaşımı desteklemiyor ve sorunun başka yerde olduğunu gösteriyor. Sürücü açığı sorununu çözmek, ICF ve HED deneylerinin öngörücü bir modelini geliştirmeye yönelik önemli bir adımdır.
Çiftçi, bir hohlraumdaki enerji dengesini fırında kek pişirmeye benzetti. “Pastanı fırına koydun” dedi. “Ve onu ne zaman çıkarmanız gerektiğini bilmek istiyorsunuz. Bilmek için, fırına ne kadar enerji harcadığınızı, duvarlardan ne kadar enerji yansıtıldığını ve iletim yoluyla ne kadar enerji kaybedildiğini anlamanız gerekir. duvarların dışında, böylece fırın sıcaklığı tahmininiz doğru olur. ”
Çiftçi, herhangi bir nedenle fırının olması gerektiğini düşündüğümüzden daha soğuk olduğunu ve pastanın pişirilmesi gerektiğini düşündüğümüzden daha uzun sürdüğünü ve bu çalışmanın fırının neden beklenenden daha “sızıntılı” olduğunu anlamaya çalıştığını söyledi. . “En azından doğrudan yönlendirilen altın küreler için, bu ısı transferini belirledik. Kimse akan bir kek istemiyor,” diye açıkladı.
Farmer, çalışmanın HED ve ICF topluluklarında uygulanabilecek tahmine dayalı araçlar geliştirmeye çalıştığı için Lab için stok yönetimi görevinin merkezinde yer aldığını söyledi. “Tahrik açığını anlayabilirsek, bunun Laboratuvardaki birçok farklı aktif araştırma alanı için derin etkileri olacağını düşünüyorum” dedi.
Farmer, ekibin sorunun ısı transferi olmadığı sonucuna varması nedeniyle, bir sonraki adımın diğer olası fiziksel mekanizmaları incelemek olduğunu söyledi. İlk olarak, çok az enerjinin X ışınlarına bölündüğü düşük Z, berilyum küreleri için en iyi lazer plazma etkileşim kodlarını kullanarak hem plazma koşullarını hem de lazer bağlantısını eşleştirip eşleşemeyeceklerini incelemek istiyorlar. Daha sonra ekip, öğrendiklerini alıp altın kürelere uygulayarak, atomik fizik süreçlerinin modellenmesindeki eksikliklere atfedilebilecek başka herhangi bir tutarsızlıkla birlikte, hem lazer birleştirme hem de ısı nakli için kendi kendine tutarlı bir hikaye olup olmadığını görmek için uygulayacak.
İkincisi, ekip, radyasyonun enerji dengesi üzerinde ılımlı bir etkiye sahip olduğu orta Z küreleri yapmak için bir teklifte bulundu. Burada araştırmacılar, simüle edilmiş enerji dengesindeki tutarsızlığın, X-ışını opasiteleri ve salımlarının atomik fizik tahminlerinden kaynaklanıp kaynaklanmadığını test edebilirler.
Farmer, LLNL’nin çalışmanın verilerini analiz etmede etkili olan Rozmus ve lisansüstü öğrencisi Bruulsema ile güçlü bir işbirliği kurduğunu söyledi. Bu projeden şimdiye kadar iki yayın çıktı ve üçüncüsü yazılıyor. Çalışmalar devam ederken ek yayınlar bekleniyor.
WA Farmer vd. Doğrudan tahrikli altın küreler kullanılarak ısı taşınımının araştırılması, Plazma Fiziği (2021). DOI: 10.1063 / 5.0040320