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From ICF to laboratory astrophysics: ablative and classical Rayleigh–Taylor instability experiments in turbulent-like regimes

A. Casner, C. Mailliet, G. Rigon, S.F. Khan, D. Martinez, B. Albertazzi, T. Michel, T. Sano, Y. Sakawa, P. Tzeferacos2019年被引用 26Nuclear FusionIF 3出版社

Rayleigh–Taylor instability (RTI) occurs whenever fluids of different densities are accelerated against the density gradient, as is the case for the target ablator in ICF implosions. The advent of megajoule class lasers, like the National Ignition Facility (NIF) or Laser Mégajoule, offers novel opportunities to study turbulent mixing flows in high energy density plasmas for fundamental hydrodynamics or laboratory astrophysics experiments. Here, we review different RTI experiments, performed either at the ablation front or at a classical embedded interface. A two-dimensional bubble-merger, bubble-competition regime was evidenced for the first time at the ablation front in indirect-drive on the NIF thanks to an unprecedented long x-ray drive. Similarly, a novel large-area, planar platform enables the capabilities to perform long duration direct drive hydrodynamics experiments on NIF. Starting from imprinted seeds, a three-dimensional bubble-merger regime was also observed in direct-drive, as larger bubbles overtook and merged with smaller bubbles. In the astrophysical context, RTI also plays a role in supernova (SN) explosions, either of Type Ia or II. We report on experiments performed on the LULI2000 facility studying RTI in scaled laboratory conditions relevant for the physics of young SN remnants. Using a light CH foam as a deceleration medium, we measured, for the first time, the RTI mixing zone by PW transverse radiography.

日本語訳

レイリー・テイラー不安定性(RTI)は、異なる密度の流体が密度勾配に逆らって加速されるときに常に発生し、これはICF爆縮におけるターゲットアブレーターの場合に当てはまる。メガジュール級レーザーの出現、例えば国立点火施設(NIF)やレーザー・メガジュールは、基礎流体力学または実験室天体物理学実験のための高エネルギー密度プラズマ中の乱流混合流を研究する新たな機会を提供する。ここでは、アブレーションフロントまたは古典的な埋め込み界面のいずれかで実施されたさまざまなRTI実験をレビューする。二次元の気泡合体・気泡競争レジームが、前例のない長時間X線駆動のおかげで、NIFにおける間接駆動のアブレーションフロントで初めて実証された。同様に、新しい大面積平面プラットフォームは、NIF上で長時間の直接駆動流体力学実験を実施する能力を可能にする。インプリントされたシードから始まり、大きな気泡が小さな気泡に追いつき合体するにつれて、三次元の気泡合体レジームが直接駆動でも観察された。天体物理学の文脈では、RTIはIa型またはII型の超新星(SN)爆発においても役割を果たす。我々は、若いSN残骸の物理学に関連するスケールされた実験室条件でRTIを研究するLULI2000施設で実施された実験について報告する。軽いCHフォームを減速媒質として使用し、PW横方向ラジオグラフィーによってRTI混合ゾーンを初めて測定した。

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Inertial confinement fusionRayleigh-Taylor instability
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