Isolated surface defects, ranging from submicron to tens of microns, are believed to degrade implosion performance in inertial confinement fusion targets. A systematic study of localized perturbation growth, determined by defect size and capsule thickness, is conducted using a simplified planar model. When the defects appear as pits and the capsule thickness is relatively small, distinct features such as bubble expansion and spike closure, which are characteristic of isolated defects and were recently reported by Zulick et al (2020 Phys. Rev. Lett.125 055001), can be observed. In contrast, thicker capsules exhibit phase inversion and multimode behavior in the dominant modes of both pit and bump defects, due to perturbation wave propagation. Consequently, Rayleigh–Taylor (RT) instability seeds at the acceleration phase differ significantly between thin and thick capsules, even with identical defects. Capsules of the same thickness produce similar RT perturbation spectra, even with different defect types. An artificial neural network (ANN) model capable of quantifying the effects of various parameters on perturbation inversion was trained using hydrodynamic simulations. Analysis of extensive ANN predictions reveals consistent distributions of dominant modes across different defect types within the examined parameter space. Furthermore, defect height has a greater impact than defect width on the enhancement of nonlinear perturbation wave effects across all modes. These results have important implications for the design of future direct-drive energy targets.
慣性閉じ込め核融合ターゲットにおいて、サブミクロンから数十ミクロンに及ぶ孤立した表面欠陥は、爆縮性能を低下させると考えられている。欠陥サイズとカプセル厚さによって決まる局所的摂動成長の系統的研究が、簡素化された平面モデルを用いて実施された。欠陥がピットとして現れ、カプセル厚さが比較的小さい場合、孤立した欠陥に特徴的であり、最近Zulickらによって報告された(2020 Phys. Rev. Lett.125 055001)バブル膨張やスパイク閉鎖などの明確な特徴が観察される。対照的に、より厚いカプセルでは、摂動波伝播により、ピット欠陥とバンプ欠陥の両方の支配モードにおいて位相反転とマルチモード挙動を示す。その結果、加速フェーズにおけるレイリー・テイラー(RT)不安定性のシードは、同一の欠陥であっても、薄いカプセルと厚いカプセルの間で大きく異なる。同じ厚さのカプセルは、異なる欠陥タイプであっても、類似したRT摂動スペクトルを生成する。摂動反転に対する様々なパラメータの影響を定量化できる人工ニューラルネットワーク(ANN)モデルが、流体力学シミュレーションを用いて訓練された。広範なANN予測の分析により、調査したパラメータ空間内で、異なる欠陥タイプ間で支配モードの分布が一貫していることが明らかになった。さらに、欠陥高さは、全モードにわたる非線形摂動波効果の増強において、欠陥幅よりも大きな影響を与える。これらの結果は、将来の直接駆動エネルギーターゲットの設計に重要な意味を持つ。