Físicos descobrem a chave para resolver o déficit de longa data do propulsor de fusão Hohlraum por confinamento inercial

Uma equipe de pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) fez avanços na compreensão e resolução do antigo problema de “déficit de propulsão” em experimentos de fusão por confinamento inercial (ICF) de propulsão indireta. Esta descoberta pode abrir caminho para previsões mais precisas e melhor desempenho em experimentos de energia de fusão no National Ignition Facility (NIF).

As descobertas da equipe foram publicadas na revista Revisão Física E no artigo intitulado “Compreendendo a deficiência nas previsões de fluxo de raios X de hohlraum do ICF usando experimentos no National Ignition Facility”. O estudo, liderado pelo físico Hui Chen, Tod Woods e uma equipe de especialistas do LLNL, focou nas discrepâncias entre os fluxos de raios X previstos e medidos em hohlraums aquecidos a laser no NIF.

“Um esforço significativo foi investido ao longo dos anos para identificar a causa física do problema do déficit de acionamento de radiação”, disse Chen. “Estamos animados com essa descoberta, pois ela ajuda a resolver um quebra-cabeça de uma década na pesquisa de ICF. Nossas descobertas apontam o caminho para uma melhoria nas capacidades preditivas de simulações, o que é crucial para o sucesso de futuros experimentos de fusão.”

Em experimentos NIF, os cientistas usam um dispositivo chamado hohlraum — aproximadamente do tamanho de uma borracha de lápis — para converter energia laser em raios X, que então comprimem uma cápsula de combustível para obter a fusão.

Durante anos, houve um problema em que a energia de raios X prevista (drive) era maior do que a medida em experimentos. Isso resulta no tempo de pico de produção de nêutrons, ou “bangtime”, ocorrendo aproximadamente 400 picossegundos muito cedo nas simulações. Essa discrepância é conhecida como “drive-deficit” porque os modeladores tiveram que reduzir artificialmente o drive do laser nas simulações para corresponder ao bangtime observado.

Pesquisadores do LLNL descobriram que os modelos usados ​​para prever a energia dos raios X estavam superestimando os raios X emitidos pelo ouro no hohlraum em uma faixa de energia específica. Ao reduzir a absorção e a emissão de raios X nessa faixa, os modelos reproduzem melhor o fluxo de raios X observado tanto nessa faixa de energia quanto no acionamento total de raios X, eliminando assim a maior parte do déficit de acionamento. Essa redução é necessária devido às incertezas nas taxas de certos processos atômicos e indica onde os modelos atômicos de ouro precisam de melhorias.

Ao melhorar a precisão dos códigos de radiação-hidrodinâmica, os pesquisadores podem prever e otimizar melhor o desempenho das cápsulas de combustível de deutério-trítio em experimentos de fusão. Esse ajuste ajuda a melhorar a precisão das simulações, permitindo um design mais preciso de experimentos de ICF e alta densidade de energia (HED) após a ignição e é crítico em discussões de escala para atualizações do NIF e para instalações futuras.