美国国家点火装置（点火装置） 这些图像显示了在实验中使用的胶囊表面单位面积上计算的激光功率。黑点表示被膜表面的点。资料来源:劳伦斯利弗莫尔国家实验室 在美国国家点火装置(NIF)使用的极地直接驱动爆炸推力器(PDXP)平台上，科学家们检测了纯硼、碳化硼、高密度碳和氮化硼烧蚀材料的性能。这些烧蚀材料围绕着聚变燃料，并在实验中与激光或腔体辐射耦合。该平台使用极性直接驱动配置来驱动室温胶囊中的高离子温度，并具有等离子体物理研究和作为中子源的潜在应用。 工作的重要发现,出现在高能量密度物理,表明这些备用烧蚀体不改善PDXP内爆的对称性,根据作者希瑟·惠特利,关联项目主任 高能量密度基本科学武器物理部分劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)。 她说:＂虽然我们的模拟预测，由于内爆对称性的缺乏，这个平台不能接受电子-离子耦合测量，但替代材料确实能使激光和胶囊之间更好地耦合。＂＂我们计划在未来的中子源实验中测试这些预测的影响。＂ LLNL的中子源工作组正在研究耦合的改进，因为它可以帮助提高极性直接驱动中子源的产量，并最终为直接驱动模拟的激光建模的有效性提供数据。 通过这项工作，该团队还帮助惯性约束聚变模拟代码开发人员实现了更先进的电子-离子耦合模型，而直接驱动内爆的建模与该代码开发密切相关。 NIF提供了对极热等离子体数据的访问，这有助于验证和改进各种实验室和天体物理系统的辐射流体力学模型。NIF的主要目标之一是在实验室中在氘-氚等离子体中点火，但成功设计实验来实现这一目标一直是一个挑战。这些实验的设计在很大程度上依赖于基于对这些热等离子体行为的理解和假设的计算机模型。 作为博士后，Whitley参与了Cimarron项目，这是一个实验室指导的研究和发展项目，旨在使用高性能计算来研究点火等离子体的物理。 ＂Cimarron的目标是开发新的模型，在微观水平上描述热量和质量传输，以帮助改进我们的点火实验模型，＂她说。＂在计算机模型的工作之后，我们想用实验数据测试我们的新模型，并开发了PDXP平台作为一种创建非平衡等离子体的方式。＂ 在这些实验中，通过一个非常强的激光产生的冲击，离子比电子加热得更快。该团队打算使用时间分辨光谱学，这是一种测量等离子体在特定频率下发出多少光的方法，以便在实验期间测量离子和电子的温度作为时间的函数。这些数据将使研究小组能够与Cimarron项目开发的＂电子-离子耦合＂模型进行直接比较，＂电子-离子耦合＂是描述离子和电子如何在等离子体中交换能量的参数。 实验测试材料在NIF下的性能 ＂PDXP平台是NIF开发的，用于研究电子-离子平衡，但最终成为其他几个活动的理想中子源，＂该论文的共同作者、该平台上的第一个实验负责人玛丽莲·施奈德(Marilyn Schneider)说。 Schneider说:＂这个平台的最大优点是它是简单的——充满燃料的球形外壳，允许从任何(和所有)NIF端口进行多种诊断，以获取数据并产生高中子产量。＂＂这项研究对性能(中子产额)与弹壳成分及其厚度的关系进行了理论研究。＂ LLNL的物理学家Charles Yeamans正在准备使用论文中描述的一些替代烧蚀器的实验。他说，这项工作描述了一种经过非常复杂的物理计算的特殊方式，然后应用这种方法来预测不同的胶囊材料在NIF实验中可能表现出的效果。 这项工作描述了之前由LLNL物理学家施耐德和麻省理工学院的玛丽亚·加图·约翰逊在塑料胶囊上进行的实验数据如何被用来理解为什么某些方法在系统建模和预测观测时最有效。这个过程的下一步是在将方法论应用于不同胶囊材料的基础上做出新的预测。 他解释说:＂我们基于这些模型设计了新的实验，这些模型预测了特别有用的性能改进，比如更高的成品率，或者预测了测量量的大变化，比如内爆胶囊的轨迹或核燃烧的温度。＂＂然后我们执行NIF实验来测试计算是否确实成功地预测了性能的变化。＂ 他说他的任务是理解现有的NIF射击数据，理解模型预测的含义，综合这两类信息来设计下一系列的实验，并为这些实验做好准备。 2016年开始的最初设计使用了一个塑料外壳或烧蚀器，它充满了含有微量氩气掺杂剂的氘气体。光谱测量采用氩气，设计确保了电子和离子之间的温度分离，使测量可行。 施耐德和加图·约翰逊拍摄的2016-2017射击的内爆图像显示，塑料外壳在内爆过程中非常扭曲。直接击中太空舱的激光束在内爆的外壳上留下了非常复杂的结构。在这些爆炸之后，Whitley和他的团队假设，通过增加氘压力或者改善材料与激光的相互作用，切换到不同的烧蚀材料可能会产生更对称的内爆。 NIF实验将大型团队聚集在一起 Whitley说，该项目是实验室如何与学术界合作应用计算资源和实验平台来提高对点火等离子体的理解和预测建模能力的一个很好的例子。 Frank Graziani是Cimarron项目经理和LLNL高能量密度科学中心的负责人，他说PDXP平台和烧蚀材料运动是一个国际努力，涉及设计、实验和计算专业知识，来自LLNL，激光能量学，原子武器建立实验室，麻省理工学院和加州大学伯克利分校。 他说:＂我们继续对等离子体物理模型的验证感兴趣，例如在高能量密度物理机制下的电子-离子耦合。＂＂PDXP平台是向前迈出的重要一步，它允许我
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