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Beyond alpha-heating: driving inertially confined fusion implosions toward a burning-plasma state on the National Ignition Facility

O A Hurricane, D A Callahan, P T Springer, M J Edwards, P Patel, K Baker, D T Casey, L Divol, T Döppner, D E Hinkel2019年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Herein, recent progress on indirectly-driven inertial confinement fusion (ICF) work at the National Ignition Facility (NIF) is briefly reviewed. An analytic criteria for an ICF burning plasma is given and compared to recent ICF implosion data from the NIF. Scaling of key hot-spot performance metrics is derived from simple physics considerations, including some speculative impacts of asymmetry on the assembly and disassembly of an ICF implosion. A steepest descent solution for the nonlinear equation for hot-spot pressure at peak compression, with the full effects of alpha-heating, is also given. To test if the scalings derived in this paper have some merit, they are compared to data from a variety of recent implosion campaigns on NIF and good agreement is observed. Given the implications of the scalings and existing data, a strategy for injecting more energy into the hot-spot of NIF indirectly driven ICF implosions is defined and the principles of the strategy is discussed. The importance of implosion velocity, late-time ablation pressure, and implosion scale with good symmetry in obtaining the goal of ∼50% more hot-spot energy are highlighted along with the limitations of trying to leverage low fuel-adiabat.

日本語訳

本稿では、国立点火施設(NIF)における間接駆動方式による慣性閉じ込め核融合(ICF)研究の最近の進展について簡潔に概説する。燃焼プラズマの解析的基準を示し、NIFにおける最近のICF爆縮実験データと比較する。主要なホットスポット性能指標のスケーリング則を、単純な物理的考察に基づいて導出し、爆縮の非対称性が爆縮過程のアセンブリおよび圧縮に及ぼす影響についての考察も含める。ピーク圧縮時におけるホットスポット圧力に関する非線形方程式に対する最急降下法による解を、アルファ粒子加熱の完全な効果を考慮して提示する。本稿で導出したスケーリング則の妥当性を検証するため、NIFにおける多様な最近の爆縮キャンペーンのデータと比較し、良好な一致が得られることを示す。これらのスケーリング則と既存データの示唆に基づき、NIFにおける間接駆動ICF爆縮のホットスポットへより多くのエネルギーを注入するための戦略を定義し、その原理について議論する。約50%多いホットスポットエネルギーを達成する目標において、爆縮速度、後期アブレーション圧力、および高い対称性を備えた爆縮スケールの重要性を強調するとともに、低燃料アディアバットを利用しようとする際の限界についても指摘する。

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IgnitionFusion implosionsNational Ignition Facility
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