Reaching ignition in direct-drive (DD) inertial confinement fusion implosions requires achieving central pressures in excess of 100 Gbar. The OMEGA laser system [T. R. Boehly et al., Opt. Commun. 133, 495 (1997)] is used to study the physics of implosions that are hydrodynamically equivalent to the ignition designs on the National Ignition Facility (NIF) [J. A. Paisner et al., Laser Focus World 30, 75 (1994)]. It is shown that the highest hot-spot pressures (up to 40 Gbar) are achieved in target designs with a fuel adiabat of α ≃ 4, an implosion velocity of 3.8 × 107 cm/s, and a laser intensity of ∼1015 W/cm2. These moderate-adiabat implosions are well understood using two-dimensional hydrocode simulations. The performance of lower-adiabat implosions is significantly degraded relative to code predictions, a common feature between DD implosions on OMEGA and indirect-drive cryogenic implosions on the NIF. Simplified theoretical models are developed to gain physical understanding of the implosion dynamics that dictate the target performance. These models indicate that degradations in the shell density and integrity (caused by hydrodynamic instabilities during the target acceleration) coupled with hydrodynamics at stagnation are the main failure mechanisms in low-adiabat designs. To demonstrate ignition hydrodynamic equivalence in cryogenic implosions on OMEGA, the target-design robustness to hydrodynamic instability growth must be improved by reducing laser-coupling losses caused by cross beam energy transfer.

1.
J. D.
Lindl
,
Inertial Confinement Fusion
(
Springer
,
New York
,
1998
).
2.
S.
Atzeni
and
J.
Meyer-Ter-Vehn
,
The Physics of Inertial Fusion
(
Clarendon Press
,
Oxford
,
2004
).
3.
R.
Betti
,
K.
Anderson
,
V. N.
Goncharov
,
R. L.
McCrory
,
D. D.
Meyerhofer
,
S.
Skupsky
, and
R. P. J.
Town
,
Phys. Plasmas
9
,
2277
(
2002
).
4.
V. N.
Goncharov
, in
Laser-Plasma Interactions, Scottish Graduate Series
, edited by
D. A.
Jaroszynski
,
R.
Bingham
, and
R. A.
Cairns
(
CRC Press
,
Boca Raton
,
2009
), pp.
409
418
.
5.
S.
Chandrasekhar
,
Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability
(
Claredon
,
Oxford
,
1961
), p.
428
.
V. N.
Goncharov
,
R.
Betti
,
R. L.
McCrory
,
P.
Sorotokin
, and
C. P.
Verdon
,
Phys. Plasmas
3
,
1402
(
1996
).
7.
T. R.
Boehly
,
D. L.
Brown
,
R. S.
Craxton
,
R. L.
Keck
,
J. P.
Knauer
,
J. H.
Kelly
,
T. J.
Kessler
,
S. A.
Kumpan
,
S. J.
Loucks
,
S. A.
Letzring
,
F. J.
Marshall
,
R. L.
McCrory
,
S. F. B.
Morse
,
W.
Seka
,
J. M.
Soures
, and
C. P.
Verdon
,
Opt. Commun.
133
,
495
(
1997
).
8.
V. N.
Goncharov
,
T. C.
Sangster
,
T. R.
Boehly
,
S. X.
Hu
,
I. V.
Igumenshchev
,
F. J.
Marshall
,
R. L.
McCrory
,
D. D.
Meyerhofer
,
P. B.
Radha
,
W.
Seka
,
S.
Skupsky
,
C.
Stoeckl
,
D. T.
Casey
,
J. A.
Frenje
, and
R. D.
Petrasso
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
165001
(
2010
).
9.
J.
Delettrez
,
R.
Epstein
,
M. C.
Richardson
,
P. A.
Jaanimagi
, and
B. L.
Henke
,
Phys. Rev. A
36
,
3926
(
1987
).
10.
V. N.
Goncharov
,
T. C.
Sangster
,
P. B.
Radha
,
R.
Betti
,
T. R.
Boehly
,
T. J. B.
Collins
,
R. S.
Craxton
,
J. A.
Delettrez
,
R.
Epstein
,
V. Yu.
Glebov
,
S. X.
Hu
,
I. V.
Igumenshchev
,
J. P.
Knauer
,
S. J.
Loucks
,
J. A.
Marozas
,
F. J.
Marshall
,
R. L.
McCrory
,
P. W.
McKenty
,
D. D.
Meyerhofer
,
S. P.
Regan
,
W.
Seka
,
S.
Skupsky
,
V. A.
Smalyuk
,
J. M.
Soures
,
C.
Stoeckl
,
D.
Shvarts
,
J. A.
Frenje
,
R. D.
Petrasso
,
C. K.
Li
,
F.
Seguin
,
W.
Manheimer
, and
D. G.
Colombant
,
Phys. Plasmas
15
,
056310
(
2008
).
11.
I. V.
Igumenshchev
,
D. H.
Edgell
,
V. N.
Goncharov
,
J. A.
Delettrez
,
A. V.
Maximov
,
J. F.
Myatt
,
W.
Seka
,
A.
Shvydky
,
S.
Skupsky
, and
C.
Stoeckl
,
Phys. Plasmas
17
,
122708
(
2010
).
12.
I. V.
Igumenshchev
,
W.
Seka
,
D. H.
Edgell
,
D. T.
Michel
,
D. H.
Froula
,
V. N.
Goncharov
,
R. S.
Craxton
,
L.
Divol
,
R.
Epstein
,
R.
Follett
,
J. H.
Kelly
,
T. Z.
Kosc
,
A. V.
Maximov
,
R. L.
McCrory
,
D. D.
Meyerhofer
,
P.
Michel
,
J. F.
Myatt
,
T. C.
Sangster
,
A.
Shvydky
,
S.
Skupsky
, and
C.
Stoeckl
,
Phys. Plasmas
19
,
056314
(
2012
).
13.
C. J.
Randall
,
J. R.
Albritton
, and
J. J.
Thomson
,
Phys. Fluids
24
,
1474
(
1981
).
14.
W. L.
Kruer
,
The Physics of Laser-Plasma Interactions, Frontiers in Physics
Vol.
73
, edited by
D.
Pines
(
Addison-Wesley
,
Redwood City, CA
,
1988
).
15.
A.
Simon
,
R. W.
Short
,
E. A.
Williams
, and
T.
Dewandre
,
Phys. Fluids
26
,
3107
(
1983
).
16.
D. T.
Michel
,
A. V.
Maximov
,
R. W.
Short
,
S. X.
Hu
,
J. F.
Myatt
,
W.
Seka
,
A. A.
Solodov
,
B.
Yaakobi
, and
D. H.
Froula
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
155007
(
2012
).
17.
J.
Myatt
,
H. X.
Vu
,
D. F.
DuBois
,
D. A.
Russell
,
J.
Zhang
,
R. W.
Short
, and
A. V.
Maximov
,
Phys. Plasmas
20
,
052705
(
2013
).
18.
W. M.
Manheimer
and
D. C.
Colombant
,
Phys. Fluids
25
,
1644
(
1982
).
19.
D. T.
Michel
,
C.
Sorce
,
R.
Epstein
,
N.
Whiting
,
I. V.
Igumenshchev
,
R.
Jungquist
, and
D. H.
Froula
,
Rev. Sci. Instrum
83
,
10E530
(
2012
).
20.
W. H.
Ye
,
L. F.
Wang
, and
X. T.
He
,
Phys. Plasmas
17
,
122704
(
2010
).
21.
P. B.
Radha
,
V. N.
Goncharov
,
T. J. B.
Collins
,
J. A.
Delettrez
,
Y.
Elbaz
,
V.
Yu. Glebov
,
R. L.
Keck
,
D. E.
Keller
,
J. P.
Knauer
,
J. A.
Marozas
,
F. J.
Marshall
,
P. W.
McKenty
,
D. D.
Meyerhofer
,
S. P.
Regan
,
T. C.
Sangster
,
D.
Shvarts
,
S.
Skupsky
,
Y.
Srebro
,
R. P. J.
Town
, and
C.
Stoeckl
,
Phys. Plasmas
12
,
032702
(
2005
).
22.
J. J.
MacFarlane
,
I. E.
Golovkin
,
P.
Wang
,
P. R.
Woodruff
, and
N. A.
Pereyra
,
High Energy Density Phys.
3
,
181
(
2007
).
23.
D. T.
Michel
,
V. N.
Goncharov
,
I. V.
Igumenshchev
,
R.
Epstein
, and
D. H.
Froula
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
245005
(
2013
).
24.
W.
Seka
,
D. H.
Edgell
,
J. P.
Knauer
,
J. F.
Myatt
,
A. V.
Maximov
,
R. W.
Short
,
T. C.
Sangster
,
C.
Stoeckl
,
R. E.
Bahr
,
R. S.
Craxton
,
J. A.
Delettrez
,
V. N.
Goncharov
,
I. V.
Igumenshchev
, and
D.
Shvarts
,
Phys. Plasmas.
15
,
056312
(
2008
).
25.
T.
Dewandre
,
J. R.
Albritton
, and
E. A.
Williams
,
Phys. Fluids
24
,
528
(
1981
).
26.
S.
Skupsky
,
R. W.
Short
,
T.
Kessler
,
R. S.
Craxton
,
S.
Letzring
, and
J. M.
Soures
,
J. Appl. Phys.
66
,
3456
(
1989
).
27.
See National Technical Information Service Document No. DOE/SF/19460-335 [Laboratory for Laser Energetics LLE Review 130, 72, (2012)]. Copies may be obtained from the National Technical Information Service, Springfield, VA 22161.
28.
V. N.
Goncharov
, in
Laser-Plasma Interactions and Applications, Scottish Graduate Series
, edited by
P.
McKenna
,
D.
Neely
,
R.
Bingham
, and
D. A.
Jaroszynski
(
Springer
,
2013
), pp.
135
183
.
30.
T. C.
Sangster
,
V. N.
Goncharov
,
R.
Betti
,
P. B.
Radha
,
T. R.
Boehly
,
D. T.
Casey
,
T. J. B.
Collins
,
R. S.
Craxton
,
J. A.
Delettrez
,
D. H.
Edgell
,
R.
Epstein
,
C. J.
Forrest
,
J. A.
Frenje
,
D. H.
Froula
,
M.
Gatu-Johnson
,
V.
Yu. Glebov
,
D. R.
Harding
,
M.
Hohenberger
,
S. X.
Hu
,
I. V.
Igumenshchev
,
R.
Janezic
,
J. H.
Kelly
,
T. J.
Kessler
,
C.
Kingsley
,
T. Z.
Kosc
,
J. P.
Knauer
,
S. J.
Loucks
,
J. A.
Marozas
,
F. J.
Marshall
,
A. V.
Maximov
,
R. L.
McCrory
,
P. W.
McKenty
,
D. D.
Meyerhofer
,
D. T.
Michel
,
J. F.
Myatt
,
R. D.
Petrasso
,
S. P.
Regan
,
W.
Seka
,
W. T.
Shmayda
,
R. W.
Short
,
A.
Shvydky
,
S.
Skupsky
,
J. M.
Soures
,
C.
Stoeckl
,
W.
Theobald
,
V.
Versteeg
,
B.
Yaakobi
, and
J. D.
Zuegel
,
Phys. Plasmas
20
,
056317
(
2013
).
31.
J. A.
Frenje
,
C. K.
Li
,
F. H.
Seguin
,
D. T.
Casey
,
R. D.
Petrasso
,
T. C.
Sangster
,
R.
Betti
,
V. Yu.
Glebov
, and
D. D.
Meyerhofer
,
Phys. Plasmas
16
,
042704
(
2009
);
J. A.
Frenje
,
D. T.
Casey
,
C. K.
Li
,
F. H.
Seguin
,
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
).
32.
C.
Forrest
,
P. B.
Radha
,
V. Yu.
Glebov
,
V. N.
Goncharov
,
J. P.
Knauer
,
A.
Pruyne
,
M.
Romanofsky
,
T. C.
Sangster
,
M. J.
Shoup
 III
,
C.
Stoeckl
,
D. T.
Casey
,
M.
Gatu-Johnson
, and
S.
Gardner
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10D919
(
2012
).
33.
C.
Stoeckl
,
V. Yu.
Glebov
,
S.
Roberts
,
T. C.
Sangster
,
R. A.
Lerche
,
R. L.
Griffith
, and
C.
Source
,
Rev. Sci. Instrum.
74
,
1713
(
2003
).
34.
R.
Betti
and
C.
Zhou
,
Phys. Plasmas
12
,
110702
(
2005
).
35.
C.
Cerjan
,
P. T.
Springer
, and
S. M.
Sepke
,
Phys. Plasmas
20
,
056319
(
2013
).
36.
S. X.
Hu
,
P. B.
Radha
, and
V. N.
Goncharov
,
Bull. Am. Phys. Soc.
58
,
324
(
2013
).
37.
F. J.
Marshall
and
J. A.
Oertel
,
Rev. Sci. Instrum.
68
,
735
(
1997
).
38.
M. J.
Edwards
,
P. K.
Patel
,
J. D.
Lindl
,
L. J.
Atherton
,
S. H.
Glenzer
,
S. W.
Haan
,
J. D.
Kilkenny
,
O. L.
Landen
,
E. I.
Moses
,
A.
Nikroo
,
R.
Petrasso
,
T. C.
Sangster
,
P. T.
Springer
,
S.
Batha
,
R.
Benedetti
,
L.
Bernstein
,
R.
Betti
,
D. L.
Bleuel
,
T. R.
Boehly
,
D. K.
Bradley
,
J. A.
Caggiano
,
D. A.
Callahan
,
P. M.
Celliers
,
C. J.
Cerjan
,
K. C.
Chen
,
D. S.
Clark
,
G. W.
Collins
,
E. L.
Dewald
,
L.
Divol
,
S.
Dixit
,
T.
Doeppner
,
D. H.
Edgell
,
J. E.
Fair
,
M.
Farrell
,
R. J.
Fortner
,
J.
Frenje
,
M. G.
Gatu Johnson
,
E.
Giraldez
,
V. Yu.
Glebov
,
G.
Grim
,
B. A.
Hammel
,
A. V.
Hamza
,
D. R.
Harding
,
S. P.
Hatchett
,
N.
Hein
,
H. W.
Herrmann
,
D.
Hicks
,
D. E.
Hinkel
,
M.
Hoppe
,
W. W.
Hsing
,
N.
Izumi
,
B.
Jacoby
,
O. S.
Jones
,
D.
Kalantar
,
R.
Kauffman
,
J. L.
Kline
,
J. P.
Knauer
,
J. A.
Koch
,
B. J.
Kozioziemski
,
G.
Kyrala
,
K. N.
LaFortune
,
S.
Le Pape
,
R. J.
Leeper
,
R.
Lerche
,
T.
Ma
,
B. J.
MacGowan
,
A. J.
MacKinnon
,
A.
Macphee
,
E. R.
Mapoles
,
M. M.
Marinak
,
M.
Mauldin
,
P. W.
McKenty
,
M.
Meezan
,
P. A.
Michel
,
J.
Milovich
,
J. D.
Moody
,
M.
Moran
,
D. H.
Munro
,
C. L.
Olson
,
K.
Opachich
,
A. E.
Pak
,
T.
Parham
,
H.-S.
Park
,
J. E.
Ralph
,
S. P.
Regan
,
B.
Remington
,
H.
Rinderknecht
,
H. F.
Robey
,
M.
Rosen
,
S.
Ross
,
J. D.
Salmonson
,
J.
Sater
,
D. H.
Schneider
,
F. H.
Sèguin
,
S. M.
Sepke
,
D. A.
Shaughnessy
,
V. A.
Smalyuk
,
B. K.
Spears
,
C.
Stoeckl
,
W.
Stoeffl
,
L.
Suter
,
C. A.
Thomas
,
R.
Tommasini
,
R. P.
Town
,
S. V.
Weber
,
P. J.
Wegner
,
K.
Widman
,
M.
Wilke
,
D. C.
Wilson
,
C. B.
Yeamans
, and
A.
Zylstra
,
Phys. Plasmas
20
,
070501
(
2013
).
39.
J. A.
Paisner
,
J. D.
Boyes
,
S. A.
Kumpan
,
W. H.
Lowdermilk
, and
M. S.
Sorem
,
Laser Focus World
30
,
75
(
1994
).
40.
G.
Guderley
,
Luftfahrtforschung
19
,
302
(
1942
).
41.
C.
Bellei
,
P. A.
Amendt
,
S. C.
Wilks
,
M. G.
Haines
,
D. T.
Casey
,
C. K.
Li
,
R.
Petrasso
, and
D. R.
Welch
,
Phys. Plasmas
20
,
012701
(
2013
);
C.
Bellei
,
P. A.
Amendt
,
S. C.
Wilks
,
D. T.
Casey
,
C. K.
Li
,
R.
Petrasso
, and
D. R.
Welch
,
Phys. Plasmas
20
,
044702
(
2013
).
42.
L. D.
Landau
and
L. M.
Lifshitz
,
Fluid Mechanics
(
Pergamon
,
New York
,
1982
).
43.
I. V.
Igumenshchev
,
V. N.
Goncharov
,
W. T.
Shmayda
,
D. R.
Harding
,
T. C.
Sangster
, and
D. D.
Meyerhofer
,
Phys. Plasmas
20
,
082703
(
2013
).
44.
R.
Betti
and
J.
Sanz
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
205002
(
2006
).
45.
D.
Layzer
,
Astrophys. J.
122
,
1
(
1955
);
D.
Oron
,
L.
Arazi
,
D.
Kartoon
,
A.
Rikanati
,
U.
Alon
, and
D.
Shvarts
,
Phys. Plasmas
8
,
2883
(
2001
);
V. N.
Goncharov
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
134502
(
2002
).
[PubMed]
46.
D. H.
Edgell
,
W.
Seka
,
R. E.
Bahr
,
T. R.
Boehly
, and
M. J.
Bonino
,
Phys. Plasmas
15
,
092704
(
2008
).
47.
M. C.
Herrmann
,
M.
Tabak
, and
J. D.
Lindl
,
Phys. Plasmas
8
,
2296
(
2001
).
48.
A.
Bhagatwala
and
S. K.
Lele
,
Phys. Fluids
24
,
085102
(
2012
).
49.
I. V.
Igumenshchev
,
D. H.
Froula
,
D. H.
Edgell
,
V. N.
Goncharov
,
T. J.
Kessler
,
F. J.
Marshall
,
R. L.
McCrory
,
P. W.
McKenty
,
D. D.
Meyerhofer
,
D. T.
Michel
,
T. C.
Sangster
,
W.
Seka
, and
S.
Skupsky
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
145001
(
2013
);
[PubMed]
D. H.
Froula
,
T. J.
Kessler
,
I. V.
Igumenshchev
,
R.
Betti
,
V. N.
Goncharov
,
H.
Huang
,
S. X.
Hu
,
E.
Hill
,
J. H.
Kelly
,
D. D.
Meyerhofer
,
A.
Shvydky
, and
J. D.
Zuegel
,
Phys. Plasmas
20
,
082704
(
2013
).
50.
S. E.
Bodner
,
D. G.
Colombant
,
A. J.
Schmitt
, and
M.
Klapisch
,
Phys. Plasmas
7
,
2298
(
2000
).
51.
S. X.
Hu
,
G.
Fiksel
,
V. N.
Goncharov
,
S.
Skupsky
,
D. D.
Meyerhofer
, and
V. A.
Smalyuk
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
195003
(
2012
);
[PubMed]
G.
Fiksel
,
S. X.
Hu
,
V. N.
Goncharov
,
D. D.
Meyerhofer
,
T. C.
Sangster
,
V. A.
Smalyuk
,
B.
Yaakobi
,
M. J.
Bonino
, and
R.
Jungquist
,
Phys. Plasmas
19
,
062704
(
2012
).
52.
R. J.
Henchen
,
Bull. Am. Phys. Soc.
58
,
151
(
2013
).
53.
C. E.
Max
,
C. F.
McKee
, and
W. C.
Mead
,
Phys. Fluids
23
,
1620
(
1980
).
You do not currently have access to this content.