The Z Facility at Sandia National Laboratories [Matzen et al., Phys. Plasmas 12, 055503 (2005)] provides MJ-class x-ray sources that can emit powers >0.3 PW. This capability enables benchmark experiments of fundamental material properties in radiation-heated matter at conditions previously unattainable in the laboratory. Experiments on Z can produce uniform, long-lived, and large plasmas with volumes up to 20 cc, temperatures from 1–200 eV, and electron densities from 1017–23 cc−1. These unique characteristics and the ability to radiatively heat multiple experiments in a single shot have led to a new effort called the Z Astrophysical Plasma Properties (ZAPP) collaboration. The focus of the ZAPP collaboration is to reproduce the radiation and material characteristics of astrophysical plasmas as closely as possible in the laboratory and use detailed spectral measurements to strengthen models for atoms in plasmas. Specific issues under investigation include the LTE opacity of iron at stellar-interior conditions, photoionization around active galactic nuclei, the efficiency of resonant Auger destruction in black-hole accretion disks, and H-Balmer line shapes in white dwarf photospheres.

1.
M. K.
Matzen
,
M. A.
Sweeney
,
R. G.
Adams
,
J. R.
Asay
,
J. E.
Bailey
,
G. R.
Bennett
,
D. E.
Bliss
,
D. D.
Bloomquist
,
T. A.
Brunner
,
R. B.
Campbell
 et al,
Phys. Plasmas
12
,
055503
(
2005
);
M. E.
Savage
,
L. F.
Bennett
,
D. E.
Bliss
,
W. T.
Clark
,
R. S.
Coats
,
J. M.
Elizondo
,
K. R.
LeChien
,
H. C.
Harjes
,
J. M.
Lehr
,
J. E.
Maenchen
,
D. H.
McDaniel
,
M. F.
Pasik
,
T. D.
Pointon
,
A. C.
Owen
,
D. B.
Seidel
,
D. L.
Smith
,
B. S.
Stoltzfus
,
K. W.
Struve
,
W. A.
Stygar
,
L. K.
Warne
,
J. R.
Woodworth
,
C. W.
Mendel
,
K. R.
Prestwich
,
R. W.
Shoup
,
D. L.
Johnson
,
J. P.
Corley
,
K. C.
Hodge
,
T. C.
Wagoner
, and
P. E.
Wakeland
, in
Proceedings of the 16th IEEE International Pulsed Power Conference
, edited by
E.
Schamiloglu
and
F.
Peterkin
(
IEEE
,
Piscataway, NJ
,
2007
), p.
979
;
M. E.
Savage
,
K. R.
LeChien
,
M. R.
Lopez
,
B. S.
Stoltzfus
,
W. A.
Stygar
,
D. S.
Artery
,
J. A.
Lott
, and
P. A.
Corcoran
, in
Proceedings of the 18th IEEE International Pulsed Power Conference
, edited by
R. D.
Curry
and
B. V.
Oliver
(
IEEE
,
Piscataway, NJ
,
2011
), p.
983
;
D. V.
Rose
,
D. R.
Welch
,
E. A.
Madrid
,
C. L.
Miller
,
R. E.
Clark
,
W. A.
Stygar
,
M. E.
Savage
,
G. A.
Rochau
,
J. E.
Bailey
,
T. J.
Nash
,
M. E.
Sceiford
,
K. W.
Struve
,
P. A.
Corcoran
, and
B. A.
Whitney
,
Phys. Rev. Spec. Top—Accel. Beams
13
,
010402
(
2010
).
2.
M. C.
Jones
,
D. J.
Ampleford
,
M. E.
Cuneo
,
C. A.
Jennings
,
B.
Jones
,
M. R.
Lopez
,
G. A.
Rochau
,
M. E.
Savage
, and
J. L.
Porter
,
Bull. Am. Phys. Soc.
55
,
PO5
10
(
2010
).
3.
D. B.
Sinars
,
S. A.
Slutz
,
M. C.
Herrmann
,
R. D.
McBride
,
M. E.
Cuneo
,
K. J.
Peterson
,
R. A.
Vesey
,
C.
Nakhleh
,
B. E.
Blue
,
K.
Killebrew
,
D.
Schroen
,
K.
Tomlinson
,
A. D.
Edens
,
M. R.
Lopez
,
I. C.
Smith
,
J.
Shores
,
V.
Bigman
,
G. R.
Bennett
,
B. W.
Atherton
,
M.
Savage
,
W. A.
Stygar
,
G. T.
Leifeste
, and
J. L.
Porter
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
185001
(
2010
);
[PubMed]
M. R.
Martin
,
R. W.
Lemke
,
R. D.
McBride
,
J. P.
Davis
,
D. H.
Dolan
,
M. D.
Knudson
,
K. R.
Cochrane
,
D. B.
Sinars
,
I. C.
Smith
,
M.
Savage
,
W. A.
Stygar
,
K.
Killebrew
,
D. G.
Flicker
, and
M. C.
Herrmann
,
Phys. Plasmas
19
,
056310
(
2012
).
4.
B.
Jones
,
C. A.
Jennings
,
J. E.
Bailey
,
G. A.
Rochau
,
Y.
Maron
,
C. A.
Coverdale
,
E. P.
Yu
,
S. B.
Hansen
,
D. J.
Ampleford
,
P. W.
Lake
,
G.
Dunham
,
M. E.
Cuneo
,
C.
Deeney
,
D. V.
Fisher
,
V. I.
Fisher
,
V.
Bernshtam
,
A.
Starobinets
, and
L.
Weingarten
,
Phys. Rev. E
84
,
056408
(
2011
);
C. A.
Coverdale
,
C.
Deeney
,
A. L.
Velikovich
,
R. W.
Clark
,
Y. K.
Chong
,
J.
Davis
,
J.
Chittenden
,
C. L.
Ruiz
,
G. W.
Cooper
,
A. J.
Nelson
,
J.
Franklin
,
P. D.
LePell
,
J. P.
Apruzese
,
J.
Levine
,
J.
Banister
, and
N.
Qi
,
Phys. Plasmas
14
,
022706
(
2007
).
5.
T. W. L.
Sanford
,
G. O.
Allshouse
,
B. M.
Marder
,
T. J.
Nash
,
R. C.
Mock
,
R. B.
Spielman
,
J. F.
Seamen
,
J. S.
McGurn
,
D.
Jobe
,
T. L.
Gilliland
,
M.
Vargas
,
K. W.
Struve
,
W. A.
Stygar
,
M. R.
Douglas
,
M. K.
Matzen
,
J. H.
Hammer
,
J. S.
De Groot
,
J. L.
Eddleman
,
D. L.
Peterson
,
D.
Mosher
,
K. G.
Whitney
,
J. W.
Thornhill
,
P. E.
Pulsifer
,
J. P.
Apruzese
, and
Y.
Maron
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
5063
(
1996
).
6.
R. B.
Spielmann
,
C.
Deeney
,
G. A.
Chandler
,
M. R.
Douglas
,
D. L.
Fehl
,
M. K.
Matzen
,
D. H.
McDaniel
,
T. J.
Nash
,
J. L.
Porter
,
T. W. L.
Sanford
,
J. F.
Seamen
,
W. A.
Stygar
,
K. W.
Struve
,
S. P.
Breeze
,
J. S.
McGurn
,
J. A.
Torres
,
D. M.
Zagar
,
T. L.
Gilliland
,
D. O.
Jobe
,
J. L.
McKenney
,
R. C.
Mock
,
M.
Vargas
,
T.
Wagoner
, and
D. L.
Peterson
,
Phys. Plasmas
5
,
2105
(
1998
);
B.
Jones
,
C.
Deeney
,
C. A.
Coverdale
,
P. D.
LePell
,
J. L.
McKenney
,
J. P.
Apruzese
,
J. W.
Thornhill
,
K. G.
Whitney
,
R. W.
Clark
,
A. L.
Velikovich
,
J.
Davis
,
Y.
Maron
,
V.
Kantsyrev
,
A.
Safronova
, and
V. I.
Oreshkin
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
99
,
341
(
2006
).
7.
T. W. L.
Sanford
,
R. E.
Olson
,
R. L.
Bowers
,
G. A.
Chandler
,
M. S.
Derzon
,
D. E.
Hebron
,
R. J.
Leeper
,
R. C.
Mock
,
T. J.
Nash
,
D. L.
Peterson
,
L. E.
Ruggles
,
W. W.
Simpson
,
K. W.
Struve
, and
R. A.
Vesey
,
Phys. Rev. Lett.
83
,
5511
(
1999
);
D. L.
Peterson
,
R. L.
Bowers
,
W.
Matuska
,
K. D.
McLenithan
,
G. A.
Chandler
,
C.
Deeney
,
M. S.
Derzon
,
M.
Douglas
,
M. K.
Matzen
,
T. J.
Nash
,
R. B.
Spielman
,
K. W.
Struve
,
W. A.
Stygar
, and
N. F.
Roderick
,
Phys. Plasmas
6
,
2178
(
1999
);
J. E.
Bailey
,
G. A.
Chandler
,
R. C.
Mancini
,
S. A.
Slutz
,
G. A.
Rochau
,
M.
Bump
,
T. J.
Buris-Mog
,
G.
Cooper
,
G.
Dunham
,
I.
Golovkin
,
J. D.
Kilkenny
,
P. W.
Lake
,
R. J.
Leeper
,
R.
Lemke
,
J. J.
MacFarlane
,
T. A.
Mehlhorn
,
T. C.
Moore
,
T. J.
Nash
,
A.
Nikroo
,
D. S.
Nielsen
,
K. L.
Peterson
,
C. L.
Ruiz
,
D. G.
Schroen
,
D.
Steinman
, and
W.
Varnum
,
Phys. Plasmas
13
,
056301
(
2006
);
R. W.
Lemke
,
J. E.
Bailey
,
G. A.
Chandler
,
T. J.
Nash
,
S. A.
Slutz
, and
T. A.
Mehlhorn
,
Phys. Plasmas
12
,
012703
(
2005
).
8.
R. R.
Peterson
,
D. L.
Peterson
,
R. G.
Watt
,
G.
Idzorek
,
T.
Tierney
, and
M.
Lopez
,
Phys. Plasmas
13
,
056901
(
2006
).
9.
J. E.
Bailey
,
G. A.
Rochau
,
R. C.
Mancini
,
C. A.
Iglesias
,
J. J.
MacFarlane
,
I. E.
Golovkin
,
C.
Blancard
,
Ph.
Cosse
, and
G.
Faussurier
,
Phys. Plasmas
16
,
058101
(
2009
).
10.
J. E.
Bailey
,
G. A.
Chandler
,
S. A.
Slutz
,
G. R.
Bennett
,
G.
Cooper
,
J. S.
Lash
,
S.
Lazier
,
R.
Lemke
,
T. J.
Nash
,
D. S.
Nielsen
,
T. C.
Moore
,
C. L.
Ruiz
,
D. G.
Schroen
,
R.
Smelser
,
J.
Torres
, and
R. A.
Vesey
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
095004
(
2002
);
[PubMed]
S. A.
Slutz
,
K. J.
Peterson
,
R. A.
Vesey
,
R. W.
Lemke
,
J. E.
Bailey
,
W.
Varnum
,
C. L.
Ruiz
,
G. W.
Cooper
,
G. A.
Chandler
,
G. A.
Rochau
, and
T. A.
Mehlhorn
,
Phys. Plasmas
13
,
102701
(
2006
);
G. A.
Rochau
,
J. E.
Bailey
,
G. A.
Chandler
,
G.
Cooper
,
G. S.
Dunham
,
P. W.
Lake
,
R. J.
Leeper
,
R. W.
Lemke
,
T. A.
Mehlhorn
,
A.
Nikroo
,
K. J.
Peterson
,
C. L.
Ruiz
,
D. G.
Schroen
,
S. A.
Slutz
,
D.
Steinman
,
W. A.
Stygar
, and
W.
Varnum
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
49
,
B591
(
2007
).
11.
T. C.
Wagoner
,
W. A.
Stygar
,
H. C.
Ives
,
T. L.
Gilliland
,
R. B.
Spielman
,
M. F.
Johnson
,
P. G.
Reynolds
,
J. K.
Moore
,
R. L.
Mourning
,
D. L.
Fehl
,
K. E.
Androlewicz
,
J. E.
Bailey
,
R. S.
Broyles
,
T. A.
Dinwoodie
,
G. L.
Donovan
,
M. E.
Dudley
,
K. D.
Hahn
,
A. A.
Kim
,
J. R.
Lee
,
R. J.
Leeper
,
G. T.
Leifeste
,
J. A.
Melville
,
J. A.
Mills
,
L. P.
Mix
,
W. B. S.
Moore
,
B. P.
Peyton
,
J. L.
Porter
,
G. A.
Rochau
,
G. E.
Rochau
,
M. E.
Savage
,
J. F.
Seamen
,
J. D.
Serrano
,
A. W.
Sharpe
,
R. W.
Shoup
,
J. S.
Slopek
,
C. S.
Speas
,
K. W.
Struve
,
D. M.
Van De Valde
, and
R. M.
Woodring
,
Phys. Rev. Spec. Top.—Accel. Beams
11
,
100401
(
2008
).
12.
T. W. L.
Sanford
,
R. W.
Lemke
,
R. C.
Mock
,
G. A.
Chandler
,
R. J.
Leeper
,
C. L.
Ruiz
,
D. L.
Peterson
,
R. E.
Chrien
,
G. C.
Idzorek
,
R. G.
Watt
, and
J. P.
Chittenden
,
Phys. Plasmas
9
,
3573
(
2002
).
13.
M. E.
Foord
,
R. F.
Heeter
,
P. A. M.
van Hoof
,
R. S.
Thoe
,
J. E.
Bailey
,
M. E.
Cuneo
,
H.-K.
Chung
,
D. A.
Liedahl
,
K. B.
Fournier
,
G. A.
Chandler
,
V.
Jonauskas
,
R.
Kisielius
,
L. P.
Mix
,
C.
Ramsbottom
,
P. T.
Springer
,
F. P.
Keenan
,
S. J.
Rose
, and
W. H.
Goldstein
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
055002
(
2004
);
[PubMed]
D. L.
Fehl
,
W. A.
Stygar
,
G. A.
Chandler
,
M. E.
Cuneo
, and
C. L.
Ruiz
,
Rev. Sci. Instrum.
76
,
103504
(
2005
).
14.
G. A.
Chandler
,
C.
Deeney
,
M.
Cuneo
,
D. L.
Fehl
,
J. S.
McGurn
,
R. B.
Spielman
,
J. A.
Torres
,
J. L.
McKenney
,
J.
Mills
, and
K. W.
Struve
,
Rev. Sci. Instrum.
70
,
561
(
1999
).
15.
G. A.
Rochau
,
J. E.
Bailey
,
Y.
Maron
,
G. A.
Chandler
,
G. S.
Dunham
,
D. V.
Fisher
,
V. I.
Fisher
,
R. W.
Lemke
,
J. J.
MacFarlane
,
K. J.
Peterson
,
D. G.
Schroen
,
S. A.
Slutz
, and
E.
Stambulchik
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
125004
(
2008
).
16.
T.
Nagayama
,
J. E.
Bailey
,
G. A.
Rochau
,
S. B.
Hansen
,
R. C.
Mancini
,
J. J.
MacFarlane
, and
I.
Golovkin
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10E128
(
2012
);
[PubMed]
T.
Nagayama
,
J. E.
Bailey
,
G.
Loisel
,
S. B.
Hansen
,
G. A.
Rochau
,
R. C.
Mancini
,
J. J.
MacFarlane
, and
I.
Golovkin
,
Phys. Plasmas
21
,
056502
(
2014
).
17.
H. C.
Ives
,
W. A.
Stygar
,
D. L.
Fehl
,
L. E.
Ramirez
,
S. C.
Dropinski
,
D. L.
Wall
,
J. S.
Anctil
,
J. S.
McGurn
,
J. H.
Pyle
,
D. L.
Hanson
,
B. N.
Allison
,
M. J.
Berninger
,
E. A.
Bryce
,
G. A.
Chandler
,
M. E.
Cuneo
,
A. J.
Fox
,
T. L.
Gilliland
,
C. L.
Haslett
,
R. J.
Leeper
,
D. F.
Lewis
,
M. A.
Lucero
,
M. G.
Mazarakis
,
D. H.
McDaniel
,
J. L.
McKenney
,
J. A.
Mills
,
L. P.
Mix
,
J. L.
Porter
,
M. B.
Ritchey
,
L. E.
Ruggles
,
J. F.
Seamen
,
W. W.
Simpson
,
R. B.
Spielman
,
J. A.
Torres
,
M. F.
Vargas
,
T. C.
Wagoner
,
L. K.
Warne
, and
M. W.
York
,
Phys. Rev. Spec. Top—Accel. Beams
9
,
110401
(
2006
).
18.
B.
Jones
,
C.
Deeney
,
C. A.
Coverdale
,
C. J.
Meyer
, and
P. D.
LePell
,
Rev. Sci. Instrum.
77
,
10E316
(
2006
).
19.
J. J.
MacFarlane
,
J. E.
Bailey
,
G. A.
Chandler
,
C.
Deeney
,
M. R.
Douglas
,
D.
Jobe
,
P.
Lake
,
T. J.
Nash
,
D. S.
Nielsen
,
R. B.
Spielman
,
P.
Wang
, and
P.
Woodruff
,
Phys. Rev. E
66
,
046416
(
2002
);
G. A.
Rochau
,
J. E.
Bailey
, and
J. J.
MacFarlane
,
Phys. Rev. E.
72
,
066405
(
2005
).
20.
G. P.
Loisel
, “
Radiation drive determination for astrophysical plasma experiments on Z
,”
Rev. Sci. Instrum.
(unpublished).
21.
J. N.
Bahcall
,
A. M.
Serenelli
, and
M.
Pinsonneault
,
Astrophys. J.
614
,
464
(
2004
);
S.
Basu
and
H. M.
Antia
,
Astrophys. J.
606
,
L85
(
2004
);
H. M.
Antia
and
S.
Basu
,
Astrophys. J.
620
,
L129
(
2005
);
J. N.
Bahcall
,
A. M.
Serenelli
, and
S.
Basu
,
Astrophys. J.
621
,
L85
(
2005
).
22.
T. S.
Perry
,
S. J.
Davidson
,
F. J. D.
Serduke
,
D. R.
Bach
,
C. C.
Smith
,
J. M.
Foster
,
R. J.
Doyas
,
R. A.
Ward
,
C. A.
Iglesias
,
F. J.
Rogers
,
J.
Abdallah
, Jr.
,
R. E.
Stewart
,
J. D.
Kilkenny
, and
R. W.
Lee
,
Phys. Rev. Lett.
67
,
3784
(
1991
).
23.
J. E.
Bailey
,
G. A.
Rochau
,
C. A.
Iglesias
,
J.
Abdallah
,
J. J.
MacFarlane
,
I.
Golovkin
,
P.
Wang
,
R. C.
Mancini
,
P. W.
Lake
,
T. C.
Moore
,
M.
Bump
,
O.
Garcia
, and
S.
Mazevet
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
265002
(
2007
).
24.
J.
Kormendy
and
D.
Richstone
,
Annu. Rev. Astron. Astrophys.
33
,
581
(
1995
).
25.
R. C.
Mancini
,
J. E.
Bailey
,
J. F.
Hawley
,
T.
Kallman
,
M.
Witthoeft
,
S. J.
Rose
, and
H.
Takabe
,
Phys. Plasmas
16
,
041001
(
2009
).
26.
I. M.
Hall
,
T.
Durmaz
,
R. C.
Mancini
,
J. E.
Bailey
, and
G. A.
Rochau
,
Astrophys. Space Sci.
336
,
189
(
2011
).
27.
S.
Nayakshin
and
T. R.
Kallman
,
Astrophys. J.
546
,
406
(
2001
);
D. R.
Ballantyne
,
R. R.
Ross
, and
A. C.
Fabian
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
332
,
777
(
2002
).
28.
R. R.
Ross
,
A. C.
Fabian
, and
W. N.
Brandt
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
278
,
1082
(
1996
);
D. A.
Liedahl
and
D. F.
Torres
,
Can. J. Phys.
83
,
1177
(
2006
).
29.
D. A.
Liedahl
,
AIP Conf. Proc.
774
,
99
(
2005
).
30.
D. E.
Winget
,
C. J.
Hansen
,
J.
Liebert
,
H. M.
VanHorn
,
G.
Fontaine
,
R. E.
Nather
,
S. O.
Kepler
, and
D. Q.
Lamb
,
Astrophys. J.
315
,
L77
(
1987
).
31.
R. E.
Falcon
,
D. E.
Winget
,
M. H.
Montgomery
, and
K. A.
Williams
,
Astrophys. J.
712
,
585
(
2010
);
R. E.
Falcon
,
D. E.
Winget
,
M. H.
Montgomery
, and
K. A.
Williams
,
Astrophys. J.
757
,
116
(
2012
).
32.
P.-E.
Tremblay
and
P.
Bergeron
,
Astrophys. J.
696
,
1755
(
2009
).
33.
R. E.
Falcon
,
G. A.
Rochau
,
J. E.
Bailey
,
J. L.
Ellis
,
A. L.
Carlson
,
T. A.
Gomez
,
M. H.
Montgomery
,
D. E.
Winget
,
E. Y.
Chen
,
M. R.
Gomez
, and
T. J.
Nash
,
High Energy Density Phys.
9
,
82
(
2013
).
You do not currently have access to this content.