Producing a burning plasma in the laboratory has been a long-standing milestone for the plasma physics community. A burning plasma is a state where alpha particle deposition from deuterium–tritium (DT) fusion reactions is the leading source of energy input to the DT plasma. Achieving these high thermonuclear yields in an inertial confinement fusion (ICF) implosion requires an efficient transfer of energy from the driving source, e.g., lasers, to the DT fuel. In indirect-drive ICF, the fuel is loaded into a spherical capsule which is placed at the center of a cylindrical radiation enclosure, the hohlraum. Lasers enter through each end of the hohlraum, depositing their energy in the walls where it is converted to x-rays that drive the capsule implosion. Maintaining a spherically symmetric, stable, and efficient drive is a critical challenge and focus of ICF research effort. Our program at the National Ignition Facility has steadily resolved challenges that began with controlling ablative Rayleigh–Taylor instability in implosions, followed by improving hohlraum-capsule x-ray coupling using low gas-fill hohlraums, improving control of time-dependent implosion symmetry, and reducing target engineering feature-generated perturbations. As a result of this program of work, our team is now poised to enter the burning plasma regime.
核融合プラズマを実験室で生成することは、プラズマ物理学コミュニティにとって長年の目標である。燃焼プラズマとは、重水素-トリチウム（DT）核融合反応によるアルファ粒子のエネルギー堆積が、DTプラズマへの主要なエネルギー入力源となる状態である。慣性核融合（ICF） implosion においてこれらの高い熱核収量を達成するには、レーザーなどの駆動源からDT燃料へのエネルギー輸送が効率的であることが必要である。間接駆動方式のICFでは、燃料は球形のカプセルに封入され、そのカプセルは円筒状の放射閉じ込め容器であるホーラムの中心に配置される。レーザーはホーラムの両端から入射し、そのエネルギーはホーラム壁でX線に変換され、このX線がカプセルの爆縮（implosion）を駆動する。球対称で安定かつ効率的な爆縮を維持することは、ICF研究における重要な課題であり、研究の焦点となっている。国立点火施設（NIF）における我々のプログラムは、爆縮におけるアブレーティブ・レイリー・テイラー不安定性の制御に始まり、低フィルガス圧ホーラムを用いたホーラム-カプセル間のX線結合効率の向上、時間依存性のある爆縮対称性の制御改善、そしてターゲット工学上の構造に起因する摂動の低減へと、課題を着実に克服してきた。これらの取り組みの結果、我々のチームは現在、燃焼プラズマ領域への到達が目前となっている。