We present simulations of ignition and burn based on the Highfoot and high-density carbon indirect drive designs of the National Ignition Facility for three regimes of alpha-heating—self-heating, robust ignition and propagating burn—exploring hotspot power balance, perturbations and hydrodynamic scaling. A Monte-Carlo particle-in-cell charged particle transport package for the radiation-magnetohydrodynamics code Chimera was developed for this purpose, using a linked-list type data structure.The hotspot power balance between alpha-heating, electron thermal conduction and radiation was investigated in 1D for the three burn regimes. Stronger alpha-heating levels alter the hydrodynamics: sharper temperature and density gradients at hotspot edge; and increased hotspot pressures which further compress the shell, increase hotspot size and induce faster re-expansion. The impact of perturbations on this power balance is explored in 3D using a single Rayleigh–Taylor spike. Heat flow into the perturbation from thermal conduction and alpha-heating increases by factors of , due to sharper temperature gradients and increased proximity of the cold, dense material to the main fusion regions respectively. The radiative contribution remains largely unaffected in magnitude.Hydrodynamic scaling with capsule size and laser energy of different perturbation scenarios (a short-wavelength multi-mode and a long-wavelength radiation asymmetry) is explored in 3D, demonstrating the differing hydrodynamic evolution of the three alpha-heating regimes. The multi-mode yield increases faster with scale factor due to more synchronous compression producing higher temperatures and densities, and therefore stronger bootstrapping of alpha-heating. The perturbed implosions exhibit differences in hydrodynamic evolution due to alpha-heating in addition to the 1D effects, including: reduced perturbation growth due to ablation from both fire-polishing and stronger thermal conduction; and faster re-expansion into regions of weak confinement, which can result in loss of confinement.
我々は、国家点火施設の高脚式および高密度炭素間接駆動設計に基づく、三つのアルファ加熱領域——自己加熱、ロバスト点火、伝播燃焼——における点火と燃焼のシミュレーションを提示する。ホットスポットの出力バランス、摂動、および流体力学スケーリングを探求する。この目的のために、モンテカルロ粒子法による荷電粒子輸送パッケージを、リンクリスト型データ構造を用いて放射流体力学コードChimeraに開発した。三つの燃焼領域におけるホットスポットの出力バランス、すなわちアルファ加熱、電子熱伝導、および放射の間のバランスを1次元で調査した。より強いアルファ加熱は流体力学を変化させる：ホットスポット境界でのより急峻な温度勾配と密度勾配、およびホットスポット圧力の増大は、シェルをさらに圧縮し、ホットスポットサイズを増大させ、より速い再膨張を誘発する。この出力バランスに対する摂動の影響を、単一のレイリー・テイラースパイクを用いて3次元で探求した。摂動への熱流は、熱伝導とアルファ加熱によりそれぞれ、より急峻な温度勾配と、冷たく高密度な物質の主燃焼領域への接近の増大により、係数倍増加する。放射の寄与は大きさにおいてほぼ影響を受けない。異なる摂動シナリオ（短波長マルチモードおよび長波長放射非対称性）を用いた、キャプセルサイズとレーザーエネルギーによる流体力学スケーリングを3次元で探求し、三つのアルファ加熱領域における流体力学進化の違いを示す。マルチモードの収量は、スケール因子の増大に伴い、より同期した圧縮がより高い温度と密度を生成し、したがってアルファ加熱のより強い自己増幅をもたらすため、より速く増加する。摂動を受けた爆縮は、1次元効果に加えて、アルファ加熱による流体力学進化の違いを示す：アブレーションによる摂動成長の低減（ファイアポリッシングとより強い熱伝導の両方による）、および弱閉じ込め領域へのより速い再膨張であり、これは閉じ込めの喪失をもたらし得る。