To enhance direct-drive implosion performance while keeping the risk of hydrodynamic instability at a low level, we have designed a procedure to optimize the parameters of the target doped with mid- or high-Z material. In the procedure, a one-dimensional implosion process is simulated, while the effect of high-dimensional instability on its implosion performance is simultaneously evaluated. To find the optimal doping parameters, the procedure is performed in the framework of a global optimization algorithm, where we have used particle swarm optimization in the current work. The opacity of mixture materials quickly obtained by using an interpolation method shows a good agreement with the data of TOPS, a widely-used doping program developed in the Los Alamos National Laboratory. To test the procedure, optimization has been carried out for the CH ablator in the double-cone ignition scheme (Zhang et al 2020 Phil. Trans. R. Soc. A 378 20200015) by doping with Si and Cl. Both one- and two-dimensional simulations show that doping with either Si or Cl can efficiently mitigate the Rayleigh–Taylor instability during the acceleration phase and does not result in significant degradation of the peak areal density. The results from one- and two-dimensional simulations qualitatively match each other, demonstrating the validity of our optimization procedure. This optimization process will be a valuable tool in assisting us in the design of the target and in furthering our understanding of direct-drive implosion physics.
直接駆動爆縮性能を向上させつつ、流体力学的不安定性のリスクを低水準に保つため、我々は中・高Z材料をドープしたターゲットのパラメータを最適化する手順を設計した。この手順では、一次元爆縮シミュレーションを実施すると同時に、高次元不安定性が爆縮性能に及ぼす影響を評価する。最適なドーピングパラメータを見出すため、この手順は大域的最適化アルゴリズムの枠組みで実行され、本研究では粒子群最適化を用いた。補間法を用いて迅速に得られた混合材料の不透明度は、ロスアラモス国立研究所で開発された広く使用されているドーピングプログラムであるTOPSのデータと良好な一致を示す。この手順を検証するため、二重円錐点火スキーム（Zhangら 2020 Phil. Trans. R. Soc. A 378 20200015）におけるCHアブレータに対し、SiおよびClをドープした最適化を実施した。一次元および二次元シミュレーションの両方により、SiまたはClのいずれをドープしても、加速段階中のレイリー・テイラー不安定性を効果的に抑制でき、かつピーク面密度の大幅な低下を引き起こさないことが示された。一次元および二次元シミュレーションの結果は定性的に一致し、我々の最適化手順の妥当性を実証している。この最適化プロセスは、ターゲット設計の支援および直接駆動爆縮物理の理解を深める上で貴重なツールとなるであろう。