Along with repeated implosions, the interior of an inertial fusion target chamber is exposed to short pulses of high-energy x-ray, unburned DT-fuel particles, He-ash and pellet debris. As a result, chamber wall materials are subjected to ablation, emitting particles in the plasma state. Ablated particles will either be re-deposited elsewhere or collide with each other, perhaps in the centre-of-symmetry region of the chamber volume. Colliding ablation plasma particles can lead to the formation of clusters to grow into aerosol, possibly floating thereafter, which can deteriorate the subsequent implosion performance via laser scattering, etc. In a laboratory-scale YAG laser setup, the formation of nano-scale aerosol has been demonstrated in vacuum at irradiation power densities of the orders of 108–10 W cm−2 at 10 Hz, each 6 ns long, simulating the high-repetition rate inertial fusion reactor situation. Interestingly, carbon aerosol formation has been observed in the form of fullerene onion, nano- and micro-tubes when laser-ablated plasma plumes of carbon collide with each other. In contrast, colliding plasma plumes of metals tend to generate aerosol in the form of droplets under identical laser irradiation conditions. An atomic and molecular reaction model is proposed to interpret the process of carbon allotrope aerosol formation.
慣性核融合ターゲットチャンバー内部は、繰り返される爆縮に伴い、高エネルギーのX線パルス、未燃焼のDT燃料粒子、He灰、ペレットデブリに曝される。その結果、チャンバー壁材料はアブレーションを受け、プラズマ状態の粒子を放出する。アブレーションされた粒子は、他の場所に再堆積するか、あるいは互いに衝突し、場合によってはチャンバー容積の対称中心領域で衝突する。衝突するアブレーションプラズマ粒子はクラスターの形成をもたらし、その後エアロゾルへと成長し、浮遊する可能性がある。これにより、レーザー散乱などを通じてその後の爆縮性能が劣化し得る。実験室規模のYAGレーザー装置では、10Hz、各パルス6ns、照射パワー密度10⁸〜10¹⁰W cm⁻²の条件下で、真空中におけるナノスケールエアロゾルの形成が実証されている。興味深いことに、炭素のレーザーアブレーションプラズマプルーム同士が衝突する際には、フラーレンオニオンやナノチューブ、マイクロチューブの形態で炭素エアロゾルの形成が観察されている。対照的に、同一のレーザー照射条件下では、金属のプラズマプルーム同士の衝突は液滴形態のエアロゾルを生成する傾向がある。炭素同素体エアロゾル形成のプロセスを解釈するために、原子・分子反応モデルが提案されている。