No Access Submitted: 27 January 2016 Accepted: 02 May 2016 Published Online: 16 May 2016
Physics of Plasmas 23, 052708 (2016); https://doi.org/10.1063/1.4949523
more...View Affiliations
View Contributors
  • J. P. Chittenden
  • B. D. Appelbe
  • F. Manke
  • K. McGlinchey
  • N. P. L. Niasse
We present the results of 3D simulations of indirect drive inertial confinement fusion capsules driven by the “high-foot” radiation pulse on the National Ignition Facility. The results are post-processed using a semi-deterministic ray tracing model to generate synthetic deuterium-tritium (DT) and deuterium-deuterium (DD) neutron spectra as well as primary and down scattered neutron images. Results with low-mode asymmetries are used to estimate the magnitude of anisotropy in the neutron spectra shift, width, and shape. Comparisons of primary and down scattered images highlight the lack of alignment between the neutron sources, scatter sites, and detector plane, which limits the ability to infer the ρr of the fuel from a down scattered ratio. Further calculations use high bandwidth multi-mode perturbations to induce multiple short scale length flows in the hotspot. The results indicate that the effect of fluid velocity is to produce a DT neutron spectrum with an apparently higher temperature than that inferred from the DD spectrum and which is also higher than the temperature implied by the DT to DD yield ratio.
The authors would like to thank Dr. Johan Frenje and Dr. Maria Gatu-Johnson of the Massachusetts Institute of Technology for many invaluable discussions. The results reported in this paper were obtained using the UK National Supercomputing Service ARCHER and the Imperial College High Performance Computer Cx1. This work was supported by the Engineering and Physical Sciences Research Council through Grant Nos. EP/K028464/1 and EP/L000237/1 and by AWE Aldermaston.
  1. 1. D. S. Clark, D. E. Hinkel, D. C. Eder, O. S. Jones, S. W. Haan, B. A. Hammel, M. M. Marinak, J. L. Milovich, H. F. Robey, L. J. Suter, and R. P. J. Town, Phys. Plasmas 20(5), 056318 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4802194, Google ScholarScitation
  2. 2. S. Taylor, B. Appelbe, N. P. Niasse, and J. P. Chittenden, in Proceedings of the 7th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications, EPJ Web of Conferences ( EDP Sciences, 2013), Vol. 59, p. 04009. https://doi.org/10.1051/epjconf/20135904009, Google ScholarCrossref
  3. 3. S. Taylor and J. P. Chittenden, Phys. Plasmas 21, 062701 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4879020, Google ScholarScitation
  4. 4. C. R. Weber, D. S. Clark, A. W. Cook, D. C. Eder, S. W. Haan, B. A. Hammel, D. E. Hinkel, O. S. Jones, M. M. Marinak, J. L. Milovich, P. K. Patel, H. F. Robey, J. D. Salmonson, S. M. Sepke, and C. A. Thomas, Phys. Plasmas 22, 032702 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4914157, Google ScholarScitation, ISI
  5. 5. B. K. Spears, D. H. Munro, S. Sepke, J. Caggiano, D. Clark, R. Hatarik, A. Kritcher, D. Sayre, C. Yeamans, J. Knauer, T. Hilsabeck, and J. Kilkenny, Phys. Plasmas 22, 056317 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4920957, Google ScholarScitation, ISI
  6. 6. M. G. Johnson, J. A. Frenje, D. T. Casey, C. K. Li, F. H. Seguin, R. Petrasso, R. Ashabranner, R. M. Bionta, D. L. Bleuel, E. J. Bond, J. A. Caggiano, A. Carpenter, C. J. Cerjan, T. J. Clancy, T. Doeppner, M. J. Eckart, M. J. Edwards, S. Friedrich, S. H. Glenzer, S. W. Haan, E. P. Hartouni, R. Hatarik, S. P. Hatchett, O. S. Jones, G. Kyrala, S. Le Pape, R. A. Lerche, O. L. Landen, T. Ma, A. J. MacKinnon, M. A. McKernan, M. J. Moran, E. Moses, D. H. Munro, J. McNaney, H. S. Park, J. Ralph, B. Remington, J. R. Rygg, S. M. Sepke, V. Smalyuk, B. Spears, P. T. Springer, C. B. Yeamans, M. Farrell, D. Jasion, J. D. Kilkenny, A. Nikroo, R. Paguio, J. P. Knauer, V. Yu Glebov, T. C. Sangster, R. Betti, C. Stoeckl, J. Magoon, M. J. Shoup, G. P. Grim, J. Kline, G. L. Morgan, T. J. Murphy, R. J. Leeper, C. L. Ruiz, G. W. Cooper, and A. J. Nelson, Rev. Sci. Instrum. 83, 10D308 (2012) https://doi.org/10.1063/1.4728095. Google ScholarScitation, ISI
  7. 7. J. A. Frenje, R. Bionta, E. J. Bond, J. A. Caggiano, D. T. Casey, C. Cerjan, J. Edwards, M. Eckart, D. N. Fittinghoff, S. Friedrich, V. Yu. Glebov, S. Glenzer, G. Grim, S. Haan, R. Hatarik, S. Hatchett, M. Gatu Johnson, O. S. Jones, J. D. Kilkenny, J. P. Knauer, O. Landen, R. Leeper, S. Le Pape, R. Lerche, C. K. Li, A. Mackinnon, J. McNaney, F. E. Merrill, M. Moran, D. H. Munro, T. J. Murphy, R. D. Petrasso, R. Rygg, T. C. Sangster, F. H. Séguin, S. Sepke, B. Spears, P. Springer, C. Stoeckl, and D. C. Wilson, Nucl. Fusion 53, 043014 (2013). https://doi.org/10.1088/0029-5515/53/4/043014, Google ScholarCrossref, ISI
  8. 8. F. E. Merrill, D. Bower, R. Buckles, D. D. Clark, C. R. Danly, O. B. Drury, J. M. Dzenitis, V. E. Fatherley, D. N. Fittinghoff, R. Gallegos, G. P. Grim, N. Guler, E. N. Loomis, S. Lutz, R. M. Malone, D. D. Martinson, D. Mares, D. J. Morley, G. L. Morgan, J. A. Oertel, I. L. Tregillis, P. L. Volegov, P. B. Weiss, C. H. Wilde, and D. C. Wilson, Rev. Sci. Instrum. 83, 10D317 (2012). https://doi.org/10.1063/1.4739242, Google ScholarScitation, ISI
  9. 9. G. P. Grim, N. Guler, F. E. Merrill, G. L. Morgan, C. R. Danly, P. L. Volegov, C. H. Wilde, D. C. Wilson, D. S. Clark, D. E. Hinkel, O. S. Jones, K. S. Raman, N. Izumi, D. N. Fittinghoff, O. B. Drury, E. T. Alger, P. A. Arnold, R. C. Ashabranner, L. J. Atherton, M. A. Barrios, S. Batha, P. M. Bell, L. R. Benedetti, R. L. Berger, L. A. Bernstein, L. V. Berzins, R. Betti, S. D. Bhandarkar, R. M. Bionta, D. L. Bleuel, T. R. Boehly, E. J. Bond, M. W. Bowers, D. K. Bradley, G. K. Brunton, R. A. Buckles, S. C. Burkhart, R. F. Burr, J. A. Caggiano, D. A. Callahan, D. T. Casey, C. Castro, P. M. Celliers, C. J. Cerjan, G. A. Chandler, C. Choate, S. J. Cohen, G. W. Collins, G. W. Cooper, J. R. Cox, J. R. Cradick, P. S. Datte, E. L. Dewald, P. Di Nicola, J. M. Di Nicola, L. Divol, S. N. Dixit, R. Dylla-Spears, E. G. Dzenitis, M. J. Eckart, D. C. Eder, D. H. Edgell, M. J. Edwards, J. H. Eggert, R. B. Ehrlich, G. V. Erbert, J. Fair, D. R. Farley, B. Felker, R. J. Fortner, J. A. Frenje, G. Frieders, S. Friedrich, M. Gatu-Johnson, C. R. Gibson, E. Giraldez, V. Y. Glebov, S. M. Glenn, S. H. Glenzer, G. Gururangan, S. W. Haan, K. D. Hahn, B. A. Hammel, A. V. Hamza, E. P. Hartouni, R. Hatarik, S. P. Hatchett, C. Haynam, M. R. Hermann, H. W. Herrmann, D. G. Hicks, J. P. Holder, D. M. Holunga, J. B. Horner, W. W. Hsing, H. Huang, M. C. Jackson, K. S. Jancaitis, D. H. Kalantar, R. L. Kauffman, M. I. Kauffman, S. F. Khan, J. D. Kilkenny, J. R. Kimbrough, R. Kirkwood, J. L. Kline, J. P. Knauer, K. M. Knittel, J. A. Koch, T. R. Kohut, B. J. Kozioziemski, K. Krauter, G. W. Krauter, A. L. Kritcher, J. Kroll, G. A. Kyrala, K. N. La Fortune, G. LaCaille, L. J. Lagin, T. A. Land, O. L. Landen, D. W. Larson, D. A. Latray, R. J. Leeper, T. L. Lewis, S. LePape, J. D. Lindl, R. R. Lowe-Webb, T. Ma, B. J. MacGowan, A. J. MacKinnon, A. G. MacPhee, R. M. Malone, T. N. Malsbury, E. Mapoles, C. D. Marshall, D. G. Mathisen, P. McKenty, J. M. McNaney, N. B. Meezan, P. Michel, J. L. Milovich, J. D. Moody, A. S. Moore, M. J. Moran, K. Moreno, E. I. Moses, D. H. Munro, B. R. Nathan, A. J. Nelson, A. Nikroo, R. E. Olson, C. Orth, A. E. Pak, E. S. Palma, T. G. Parham, P. K. Patel, R. W. Patterson, R. D. Petrasso, R. Prasad, J. E. Ralph, S. P. Regan, H. Rinderknecht, H. F. Robey, G. F. Ross, C. L. Ruiz, F. H. Séguin, J. D. Salmonson, T. C. Sangster, J. D. Sater, R. L. Saunders, M. B. Schneider, D. H. Schneider, M. J. Shaw, N. Simanovskaia, B. K. Spears, P. T. Springer, C. Stoeckl, W. Stoeffl, L. J. Suter, C. A. Thomas, R. Tommasini, R. P. Town, A. J. Traille, B. Van Wonterghem, R. J. Wallace, S. Weaver, S. V. Weber, P. J. Wegner, P. K. Whitman, K. Widmann, C. C. Widmayer, R. D. Wood, B. K. Young, R. A. Zacharias, and A. Zylstra, Phys. Plasmas 20, 056320 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4807291, Google ScholarScitation, ISI
  10. 10. M. Gatu Johnson, D. T. Casey, J. A. Frenje, C.-K. Li, F. H. Seguin, R. D. Petrasso, R. Ashabranner, R. Bionta, S. LePape, M. McKernan, A. Mackinnon, J. D. Kilkenny, J. Knauer, and T. C. Sangster, Phys. Plasmas 20, 042707 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4802810, Google ScholarScitation, ISI
  11. 11. B. K. Spears, M. J. Edwards, S. Hatchett, J. Kilkenny, J. Knauer, A. Kritcher, J. Lindl, D. Munro, P. Patel, H. F. Robey, and R. P. J. Town, Phys. Plasmas 21(4), 042702 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4870390, Google ScholarScitation, ISI
  12. 12. B. Appelbe and J. Chittenden, Plasma Phys. Controlled Fusion 53, 045002 (2011). https://doi.org/10.1088/0741-3335/53/4/045002, Google ScholarCrossref, ISI
  13. 13. T. J. Murphy, Phys. Plasmas 21, 072701 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4885342, Google ScholarScitation, ISI
  14. 14. D. H. Munro, Nucl. Fusion 56, 036001 (2016). https://doi.org/10.1088/0029-5515/56/3/036001, Google ScholarCrossref, ISI
  15. 15. B. van Leer, J. Comput. Phys. 32, 101 (1979). https://doi.org/10.1016/0021-9991(79)90145-1, Google ScholarCrossref
  16. 16. D. L. Youngs, in Numerical Methods for Fluid Dynamics, edited by K. W. Morton and M. J. Baines ( Academic Press, New York, 1982). Google Scholar
  17. 17. W. F. Noh and P. Woodward, in Proceedings of the Fifth International Conference on Numerical Methods in Fluid Dynamics, Lecture Notes in Physics (Springer Berlin Heidelberg, 2005), Vol. 59, p. 330. https://doi.org/10.1007/3-540-08004-X_336, Google ScholarCrossref
  18. 18. S. Faik, M. M. Basko, A. Tauschwitz, I. Iosilevskiy, and J. A. Maruhn, High Energy Density Phys. 8(4), 349–359 (2012). https://doi.org/10.1016/j.hedp.2012.08.003, Google ScholarCrossref
  19. 19. A. J. Kemp and J. Meyer ter Vehn, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 415, 674 (1998). https://doi.org/10.1016/S0168-9002(98)00446-X, Google ScholarCrossref
  20. 20. R. M. More, K. H. Warren, D. A. Young, and G. B. Zimmerman, Phys. Fluids 31, 3059 (1988). https://doi.org/10.1063/1.866963, Google ScholarScitation, ISI
  21. 21. E. M. Epperlein and M. G. Haines, Phys. Fluids 29, 1029 (1986). https://doi.org/10.1063/1.865901, Google ScholarScitation, ISI
  22. 22. S. I. Braginskii, “ Transport processes in plasma,” Rev. Plasma Phys. 1, 205 (1965). Google Scholar
  23. 23. C. A. Jennings, Ph.D. thesis, Imperial College, 2005. Google Scholar
  24. 24. G. L. Olson, L. H. Auer, and M. L. Hall, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 64, 619 (2000). https://doi.org/10.1016/S0022-4073(99)00150-8, Google ScholarCrossref
  25. 25. D. Mihalas and R. Weaver, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 28, 213 (1982). https://doi.org/10.1016/0022-4073(82)90024-3, Google ScholarCrossref
  26. 26. J. M. Stone, D. Mihalas, and M. L. Norman, Astrophys. J. 80, 819 (1992). https://doi.org/10.1086/191682, Google ScholarCrossref
  27. 27. N. P. Niasse, Ph.D. thesis, Imperial College, 2011. Google Scholar
  28. 28. G. Faussurier, C. Blancard, and P. Renaudin, High Energy Density Phys. 4, 114 (2008). https://doi.org/10.1016/j.hedp.2008.03.002, Google ScholarCrossref
  29. 29. A. Kramida, Yu. Ralchenko, J. Reader, and NIST ASD Team, see http://physics.nist.gov/asd for NIST Atomic Spectra Database (version 5.3); accessed 20th January 2016. Google Scholar
  30. 30. M. Busquet, D. Colombant, M. Klapisch, D. Fyfe, and J. Gardner, High Energy Density Phys. 5, 270 (2009). https://doi.org/10.1016/j.hedp.2009.05.005, Google ScholarCrossref
  31. 31. O. A. Hurricane, D. A. Callahan, D. T. Casey, P. M. Celliers, C. Cerjan, E. L. Dewald, T. R. Dittrich, T. Doeppner, D. E. Hinkel, L. F. Berzak Hopkins, J. L. Kline, S. Le Pape, T. Ma, A. G. MacPhee, J. L. Milovich, A. Pak, H. S. Park, P. K. Patel, B. A. Remington, J. D. Salmonson, P. T. Springer, and R. Tommasini, Nature 506, 343 (2014). https://doi.org/10.1038/nature13008, Google ScholarCrossref, ISI
  32. 32. H. F. Robey, P. M. Celliers, J. L. Kline, A. J. Mackinnon, T. R. Boehly, O. L. Landen, J. H. Eggert, D. Hicks, S. Le Pape, D. R. Farley, M. W. Bowers, K. G. Krauter, D. H. Munro, O. S. Jones, J. L. Milovich, D. Clark, B. K. Spears, R. P. J. Town, S. W. Haan, S. Dixit, M. B. Schneider, E. L. Dewald, K. Widmann, J. D. Moody, T. Doeppner, H. B. Radousky, A. Nikroo, J. J. Kroll, A. V. Hamza, J. B. Horner, S. D. Bhandarkar, E. Dzenitis, E. Alger, E. Giraldez, C. Castro, K. Moreno, C. Haynam, K. N. LaFortune, C. Widmayer, M. Shaw, K. Jancaitis, T. Parham, D. M. Holunga, C. F. Walters, B. Haid, T. Malsbury, D. Trummer, K. R. Coffee, B. Burr, L. V. Berzins, C. Choate, S. J. Brereton, S. Azevedo, H. Chandrasekaran, S. Glenzer, J. A. Caggiano, J. P. Knauer, J. A. Frenje, D. T. Casey, M. Gatu Johnson, F. H. Seguin, B. K. Young, M. J. Edwards, B. M. Van Wonterghem, J. Kilkenny, B. J. MacGowan, J. Atherton, J. D. Lindl, D. D. Meyerhofer, and E. Moses, Phys. Rev. Lett. 108, 215004 (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.215004, Google ScholarCrossref, ISI
  33. 33. R. H. H. Scott, D. S. Clark, D. K. Bradley, D. A. Callahan, M. J. Edwards, S. W. Haan, O. S. Jones, B. K. Spears, M. M. Marinak, R. P. J. Town, P. A. Norreys, and L. J. Suter, Phys. Rev. Lett. 110, 075001 (2013). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.075001, Google ScholarCrossref, ISI
  34. 34. D. L. Bleuel, C. B. Yeamans, L. A. Bernstein, R. M. Bionta, J. A. Caggiano, D. T. Casey, G. W. Cooper, O. B. Drury, J. A. Frenje, C. A. Hagmann, R. Hatarik, J. P. Knauer, M. Gatu Johnson, K. M. Knittel, R. J. Leeper, J. M. McNaney, M. Moran, C. L. Ruiz, and D. H. G. Schneider, Rev. Sci. Instrum. 83, 10D313 (2012). https://doi.org/10.1063/1.4733741, Google ScholarScitation, ISI
  35. 35. C. B. Yeamans, D. L. Bleuel, and L. A. Bernstein, Rev. Sci. Instrum. 83, 10D315 (2012). https://doi.org/10.1063/1.4739230, Google ScholarScitation, ISI
  36. 36. V. Yu. Glebov, T. C. Sangster, C. Stoeckl, J. P. Knauer, W. Theobald, K. L. Marshall, M. J. Shoup III, T. Buczek, M. Cruz, T. Duffy, M. Romanofsky, M. Fox, A. Pruyne, M. J. Moran, R. A. Lerche, J. McNaney, J. D. Kilkenny, M. J. Eckart, D. Schneider, D. Munro, W. Stoeffl, R. Zacharias, J. J. Haslam, T. Clancy, M. Yeoman, D. Warwas, C. J. Horsfield, J.-L. Bourgade, O. Landoas, L. Disdier, G. A. Chandler, and R. J. Leeper, Rev. Sci. Instrum. 81, 10D325 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3492351, Google ScholarScitation, ISI
  37. 37. R. Hatarik, D. B. Sayre, J. A. Caggiano, T. Phillips, M. J. Eckart, E. J. Bond, C. Cerjan, G. P. Grim, E. P. Hartouni, J. P. Knauer, J. M. Mcnaney, and D. H. Munro, J. Appl. Phys. 118, 184502 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4935455, Google ScholarScitation, ISI
  38. 38. J. A. Frenje, D. T. Casey, C. K. Li, F. H. Séguin, R. D. Petrasso, V. Yu. Glebov, P. B. Radha, T. C. Sangster, D. D. Meyerhofer, S. P. Hatchett, S. W. Haan, C. J. Cerjan, O. L. Landen, K. A. Fletcher, and R. J. Leeper, Phys. Plasmas 17, 056311 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3304475, Google ScholarScitation, ISI
  39. 39. B. Appelbe and J. P. Chittenden, High Energy Density Phys. 11, 30 (2014). https://doi.org/10.1016/j.hedp.2014.01.003, Google ScholarCrossref
  40. 40. M. B. Chadwick, M. Herman, P. Obložinský, M. E. Dunn, Y. Danon, A. C. Kahler, D. L. Smith, B. Pritychenko, G. Arbanas, R. Arcilla, R. Brewer, D. A. Brown, R. Capote, A. D. Carlson, Y. S. Cho, H. Derrien, K. Guber, G. M. Hale, S. Hoblit, S. Holloway, T. D. Johnson, T. Kawano, B. C. Kiedrowski, H. Kim, S. Kunieda, N. M. Larson, L. Leal, J. P. Lestone, R. C. Little, E. A. McCutchan, R. E. MacFarlane, M. MacInnes, C. M. Mattoon, R. D. McKnight, S. F. Mughabghab, G. P. A. Nobre, G. Palmiotti, A. Palumbo, M. T. Pigni, V. G. Pronyaev, R. O. Sayer, A. A. Sonzogni, N. C. Summers, P. Talou, I. J. Thompson, A. Trkov, R. L. Vogt, S. C. van der Marck, A. Wallner, M. C. White, D. Wiarda, and P. G. Young, Nucl. Data Sheets 112, 2887 (2011). https://doi.org/10.1016/j.nds.2011.11.002, Google ScholarCrossref
  41. 41. D. C. Wilson, G. P. Grim, I. L. Tregillis, M. D. Wilke, M. V. Patel, S. M. Sepke, G. L. Morgan, R. Hatarik, E. N. Loomis, C. H. Wilde, J. A. Oertel, V. E. Fatherley, D. D. Clark, D. N. Fittinghoff, D. E. Bower, M. J. Schmitt, M. M. Marinak, D. H. Munro, F. E. Merrill, M. J. Moran, T.-S. F. Wang, C. R. Danly, R. A. Hilko, S. H. Batha, M. Frank, and R. Buckles, Rev. Sci. Instrum. 81, 10D335 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3496993, Google ScholarScitation
  42. 42. D. Layzer, Astrophys. J. 122, 1 (1955). https://doi.org/10.1086/146048, Google ScholarCrossref, ISI
  43. 43. M. Gatu Johnson, J. P. Knauer, C. J. Cerjan, M. J. Eckart, G. P. Grim, E. P. Hartouni, R. Hatarik, J. D. Kilkenny, D. H. Munro, D. B. Sayre, B. K. Spears, R. M. Bionta, E. J. Bond, J. A. Caggiano, D. Callahan, D. T. Casey, T. Döppner, J. A. Frenje, V. Yu. Glebov, O. Hurricane, A. Kritcher, S. LePape, T. Ma, A. Mackinnon, N. Meezan, P. Patel, R. D. Petrasso, J. E. Ralph, P. T. Springer, and C. B. Yeamans, “Indications of flow near maximum compression in layered deuterium-tritium capsule implosions at the National Ignition Facility,” Phys. Rev. Lett. (submitted). Google Scholar
  1. © 2016 Author(s). Published by AIP Publishing.