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National direct-drive program on OMEGA and the National Ignition Facility

V N Goncharov, S P Regan, E M Campbell, T C Sangster, P B Radha, J F Myatt, D H Froula, R Betti, T R Boehly, J A Delettrez2017年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

A major advantage of the laser direct-drive (DD) approach to ignition is the increased fraction of laser drive energy coupled to the hot spot and relaxed hot-spot requirements for the peak pressure and convergence ratios relative to the indirect-drive approach at equivalent laser energy. With the goal of a successful ignition demonstration using DD, the recently established national strategy has several elements and involves multiple national and international institutions. These elements include the experimental demonstration on OMEGA cryogenic implosions of hot-spot conditions relevant for ignition at MJ-scale energies available at the National Ignition Facility (NIF) and developing an understanding of laser-plasma interactions and laser coupling using DD experiments on the NIF. DD designs require reaching central stagnation pressures in excess of 100 Gbar. The current experiments on OMEGA have achieved inferred peak pressures of 56 Gbar (Regan et al 2016 Phys. Rev. Lett. 117 025001). Extensive analysis of the cryogenic target experiments and two- and three-dimensional simulations suggest that power balance, target offset, and target quality are the main limiting factors in target performance. In addition, cross-beam energy transfer (CBET) has been identified as the main mechanism reducing laser coupling. Reaching the goal of demonstrating hydrodynamic equivalence on OMEGA includes improving laser power balance, target position, and target quality at shot time. CBET must also be significantly reduced and several strategies have been identified to address this issue.

日本語訳

レーザー直接駆動(DD)方式による点火の大きな利点は、同等のレーザーエネルギーにおける間接駆動方式と比較して、ホットスポットに結合するレーザー駆動エネルギーの割合が増加し、ピーク圧力と収束比に関するホットスポットの要件が緩和されることである。DDを用いた点火実証の成功を目標として、最近確立された国家的戦略にはいくつかの要素があり、複数の国内および国際機関が関与している。これらの要素には、国立点火施設(NIF)で利用可能なメガジュール規模のエネルギーにおける点火に関連するホットスポット条件のOMEGA低温爆縮実験による実証、およびNIFでのDD実験を用いたレーザー・プラズマ相互作用とレーザー結合の理解の進展が含まれる。DD設計では、100 Gbarを超える中心停滞圧力に達することが要求される。OMEGAでの現在の実験では、推定ピーク圧力56 Gbarが達成されている(Reganら 2016 Phys. Rev. Lett. 117 025001)。低温ターゲット実験の広範な解析と、2次元および3次元シミュレーションは、パワーバランス、ターゲットオフセット、およびターゲット品質がターゲット性能の主な制限要因であることを示唆している。さらに、クロスビームエネルギー輸送(CBET)がレーザー結合を低減する主なメカニズムとして特定されている。OMEGAで流体力学的等価性の実証という目標を達成するには、ショット時のレーザーパワーバランス、ターゲット位置、およびターゲット品質の改善が含まれる。CBETも大幅に低減する必要があり、この問題に対処するためのいくつかの戦略が特定されている。

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