AbstractFusion research at Sandia’s z-pinch accelerator has produced an X-ray radiation source with a confirmed equivalent black body temperature of 1.8 000 000°C and an output of about 290 terawatts. This radiation source was created by containing the X-rays produced by a z-pinch plasma implosion in a special type of wire array radiation case, about the size of a spool of thread. By placing annular or cylindrical foam targets inside the wire array (a concept called dynamic or internal hohlraum), even higher temperatures can be attained by the rapidly compressing volume. The dynamic hohlraum as an X-ray source places stringent requirements on the quality of foam targets to minimize plasma instabilities during implosion. Nuclear microscopy, which used MeV-energy focused ion beams to characterize materials, provides unique capabilities for quantifying fabrication-induced defects in these targets with fine resolution. For example, the uniformity of representative annular and cylindrical foam targets has been nondestructively characterized in three dimensions by IMT (ion microtomography) with 50–100 μm spatial resolution. The uniformity of very large diameter annular targets (up to 24 mm outer diameter) was measured using STIM (scanning transmission ion microscopy) at several angular orientations. The distribution of diagnostic tracer elements used in some targets to probe the z-pinch plasma was measured by scanned PIXE (particle-induced X-ray emission) and RBS (Rutherford backscattering spectroscopy). The results of these analyses show that high quality foam targets are being delivered for z-pinch experiments, even when target development lead times are as short as 3 weeks.
サンディア国立研究所のzピンチ加速器における核融合研究により、確認された等価黒体温度180万°C、出力約290テラワットのX線放射源が生成された。この放射源は、zピンチプラズマの爆縮によって生成されたX線を、糸巻き1個分ほどの大きさの特殊なタイプのワイヤアレイ放射ケース内に閉じ込めることで作製された。ワイヤアレイの内部に環状または円筒状のフォームターゲットを配置する（ダイナミックホールラウムまたは内部ホールラウムと呼ばれる概念）ことにより、急速に圧縮される体積においてさらに高い温度を達成することができる。X線源としてのダイナミックホールラウムは、爆縮中のプラズマ不安定性を最小化するために、フォームターゲットの品質に対して厳しい要求を課す。MeV集束イオンビームを用いて材料を特性評価する核顕微鏡法は、これらのターゲットにおける製造起因欠陥を高い分解能で定量化する独自の能力を提供する。例えば、代表的な環状および円筒状フォームターゲットの均一性は、IMT（イオン微小断層撮影法）により50〜100μmの空間分解能で非破壊的に三次元特性評価が行われた。非常に大口径の環状ターゲット（外径最大24mm）の均一性は、STIM（走査型透過イオン顕微鏡法）を用いて複数の角度方向から測定された。zピンチプラズマをプローブするために一部のターゲットに使用される診断用トレーサー元素の分布は、PIXE（粒子誘起X線放出）およびRBS（ラザフォード後方散乱分光法）により測定された。これらの分析結果は、ターゲット開発のリードタイムが最短3週間であっても、zピンチ実験用の高品質フォームターゲットが提供されていることを示している。