Recent experiments on the Laboratory for Laser Energetics' OMEGA laser have been carried out to produce strong shocks in solid spherical targets with direct laser illumination. The shocks are launched at pressures of several hundred Mbars and reach Gbar upon convergence. The results are relevant to the validation of the shock-ignition scheme and to the development of an OMEGA experimental platform to study material properties at Gbar pressures. The experiments investigate the strength of the ablation pressure and the hot-electron production at incident laser intensities of ∼2 to 6 × 1015 W/cm2 and demonstrate ablation pressures exceeding 300 Mbar, which is crucial to developing a shock-ignition target design for the National Ignition Facility. The timing of the x-ray flash from shock convergence in the center of the solid plastic target is used to infer the ablation and shock pressures. Laser–plasma instabilities produce hot-electrons with a moderate temperature (<100 keV). The instantaneous conversion efficiencies of laser power into hot-electron power reached up to ∼15% in the intensity spike. The large amount of hot electrons is correlated with an earlier x-ray flash and a strong increase in its magnitude. This suggests that hot electrons contribute to the augmentation of the shock strength.

1.
R.
Betti
,
C. D.
Zhou
,
K. S.
Anderson
,
L. J.
Perkins
,
W.
Theobald
, and
A. A.
Solodov
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
155001
(
2007
).
2.
W.
Theobald
,
R.
Betti
,
C.
Stoeckl
,
K. S.
Anderson
,
J. A.
Delettrez
,
V. Yu.
Glebov
,
V. N.
Goncharov
,
F. J.
Marshall
,
D. N.
Maywar
,
R. L.
McCrory
,
D. D.
Meyerhofer
,
P. B.
Radha
,
T. C.
Sangster
,
W.
Seka
,
D.
Shvarts
,
V. A.
Smalyuk
,
A. A.
Solodov
,
B.
Yaakobi
,
C. D.
Zhou
,
J. A.
Frenje
,
C. K.
Li
,
F. H.
Séguin
,
R. D.
Petrasso
, and
L. J.
Perkins
,
Phys. Plasmas
15
,
056306
(
2008
).
3.
L. J.
Perkins
,
R.
Betti
,
K. N.
LaFortune
, and
W. H.
Williams
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
045004
(
2009
).
4.
X.
Ribeyre
,
G.
Schurtz
,
M.
Lafon
,
S.
Galera
, and
S.
Weber
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
51
,
015013
(
2009
).
5.
S.
Atzeni
,
X.
Ribeyre
,
G.
Schurtz
,
A. J.
Schmitt
,
B.
Canaud
,
R.
Betti
, and
L. J.
Perkins
,
Nucl. Fusion
54
,
054008
(
2014
).
6.
J.
Nuckolls
,
L.
Wood
,
A.
Thiessen
, and
G.
Zimmerman
,
Nature
239
,
139
(
1972
).
7.
J. D.
Lindl
,
Inertial Confinement Fusion: The Quest for Ignition and Energy Gain Using Indirect Drive
(
Springer-Verlag
,
New York
,
1998
).
8.
V. A.
Shcherbakov
,
Sov. J. Plasma Phys.
9
,
240
(
1983
).
9.
A. J.
Schmitt
,
J. W.
Bates
,
S. P.
Obenschain
,
S. T.
Zalesak
, and
D. E.
Fyfe
,
Phys. Plasmas
17
,
042701
(
2010
).
10.
D.
Batani
,
S.
Baton
,
A.
Casner
,
S.
Depierreux
,
M.
Hohenberger
,
O.
Klimo
,
M.
Koenig
,
C.
Labaune
,
X.
Ribeyre
,
C.
Rousseaux
,
G.
Schurtz
,
W.
Theobald
, and
V. T.
Tikhonchuk
,
Nucl. Fusion
54
,
054009
(
2014
).
11.
S.
Atzeni
and
J.
Meyer-ter-Vehn
,
The Physics of Inertial Fusion: Beam Plasma Interaction, Hydrodynamics, Hot Dense Matter
, International Series of Monographs on Physics (
Clarendon Press
,
Oxford
,
2004
).
12.
K. S.
Anderson
,
R.
Betti
,
P. W.
McKenty
,
T. J. B.
Collins
,
M.
Hohenberger
,
W.
Theobald
,
R. S.
Craxton
,
J. A.
Delettrez
,
M.
Lafon
,
J. A.
Marozas
,
R.
Nora
,
S.
Skupsky
, and
A.
Shvydky
,
Phys. Plasmas
20
,
056312
(
2013
).
13.
W. L.
Kruer
, in
The Physics of Laser Plasma Interactions
, Frontiers in Physics, edited by
D.
Pines
(
Addison-Wesley
,
Redwood City, CA
,
1988
), Vol. 73.
14.
A. A.
Offenberger
,
M. R.
Cervenan
,
A. M.
Yam
, and
A. W.
Pasternak
,
J. Appl. Phys.
47
,
1451
(
1976
).
15.
W.
Seka
,
H. A.
Baldis
,
J.
Fuchs
,
S. P.
Regan
,
D. D.
Meyerhofer
,
C.
Stoeckl
,
B.
Yaakobi
,
R. S.
Craxton
, and
R. W.
Short
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
175002
(
2002
).
16.
S. P.
Regan
,
D. K.
Bradley
,
A. V.
Chirokikh
,
R. S.
Craxton
,
D. D.
Meyerhofer
,
W.
Seka
,
R. W.
Short
,
A.
Simon
,
R. P. J.
Town
,
B.
Yaakobi
,
J. J.
Carroll
 III
, and
R. P.
Drake
,
Phys. Plasmas
6
,
2072
(
1999
).
17.
C.
Stoeckl
,
R. E.
Bahr
,
B.
Yaakobi
,
W.
Seka
,
S. P.
Regan
,
R. S.
Craxton
,
J. A.
Delettrez
,
R. W.
Short
,
J.
Myatt
,
A. V.
Maximov
, and
H.
Baldis
,
Phys. Rev. Lett.
90
,
235002
(
2003
).
18.
W.
Seka
,
D. H.
Edgell
,
J. F.
Myatt
,
A. V.
Maximov
,
R. W.
Short
,
V. N.
Goncharov
, and
H. A.
Baldis
,
Phys. Plasmas
16
,
052701
(
2009
).
19.
S. D.
Baton
,
M.
Koenig
,
E.
Brambrink
,
H. P.
Schlenvoigt
,
C.
Rousseaux
,
G.
Debras
,
S.
Laffite
,
P.
Loiseau
,
F.
Philippe
,
X.
Ribeyre
, and
G.
Schurtz
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
195002
(
2012
).
20.
M.
Hohenberger
,
W.
Theobald
,
S. X.
Hu
,
K. S.
Anderson
,
R.
Betti
,
T. R.
Boehly
,
A.
Casner
,
D. E.
Fratanduono
,
M.
Lafon
,
D. D.
Meyerhofer
,
R.
Nora
,
X.
Ribeyre
,
T. C.
Sangster
,
G.
Schurtz
,
W.
Seka
,
C.
Stoeckl
, and
B.
Yaakobi
,
Phys. Plasmas
21
,
022702
(
2014
).
21.
D.
Batani
,
L.
Antonelli
,
S.
Atzeni
,
J.
Badziak
,
F.
Baffigi
,
T.
Chodukowski
,
F.
Consoli
,
G.
Cristoforetti
,
R.
De Angelis
,
R.
Dudzak
,
G.
Folpini
,
L.
Giuffrida
,
L. A.
Gizzi
,
Z.
Kalinowska
,
P.
Koester
,
E.
Krousky
,
M.
Krus
,
L.
Labate
,
T.
Levato
,
Y.
Maheut
,
G.
Malka
,
D.
Margarone
,
A.
Marocchino
,
J.
Nejdl
,
Ph.
Nicolai
,
T.
O'Dell
,
T.
Pisarczyk
,
O.
Renner
,
Y. J.
Rhee
,
X.
Ribeyre
,
M.
Richetta
,
M.
Rosinski
,
M.
Sawicka
,
A.
Schiavi
,
J.
Skala
,
M.
Smid
,
Ch.
Spindloe
,
J.
Ullschmied
,
A.
Velyhan
, and
T.
Vinci
,
Phys. Plasmas
21
,
032710
(
2014
).
22.
R.
Nora
,
W.
Theobald
,
F. J.
Marshall
,
D. T.
Michel
,
W.
Seka
,
B.
Yaakobi
,
M.
Lafon
,
C.
Stoeckl
,
J. A.
Delettrez
,
A. A.
Solodov
,
A.
Casner
,
C.
Reverdin
,
X.
Ribeyre
,
A.
Vallet
,
J.
Peebles
,
F. N.
Beg
,
M. S.
Wei
, and
R.
Betti
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
045001
(
2015
).
23.
G. H.
Miller
,
E. I.
Moses
, and
C. R.
Wuest
,
Opt. Eng.
43
,
2841
(
2004
).
24.
G.
Guderley
,
Luftfahrtforschung
19
,
302
(
1942
).
25.
A. L.
Kritcher
,
T.
Döppner
,
D.
Swift
,
J.
Hawreliak
,
G.
Collins
,
J.
Nilsen
,
B.
Bachmann
,
E.
Dewald
,
D.
Strozzi
,
S.
Felker
,
O. L.
Landen
,
O.
Jones
,
C.
Thomas
,
J.
Hammer
,
C.
Keane
,
H. J.
Lee
,
S. H.
Glenzer
,
S.
Rothman
,
D.
Chapman
,
D.
Kraus
,
P.
Neumayer
, and
R. W.
Falcone
,
High Energy Density Phys.
10
,
27
(
2014
).
26.
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
).
27.
D. K.
Bradley
,
P. M.
Bell
,
J. D.
Kilkenny
,
R.
Hanks
,
O.
Landen
,
P. A.
Jaanimagi
,
P. W.
McKenty
, and
C. P.
Verdon
,
Rev. Sci. Instrum.
63
,
4813
(
1992
).
28.
M.
Millecchia
,
S. P.
Regan
,
R. E.
Bahr
,
M.
Romanofsky
, and
C.
Sorce
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10E107
(
2012
).
29.
S. P.
Regan
,
T. C.
Sangster
,
D. D.
Meyerhofer
,
W.
Seka
,
R.
Epstein
,
S. J.
Loucks
,
R. L.
McCrory
,
C.
Stoeckl
,
V. Yu.
Glebov
,
O. S.
Jones
,
D. A.
Callahan
,
P. A.
Amendt
,
N. B.
Meezan
,
L. J.
Suter
,
M. D.
Rosen
,
O. L.
Landen
,
E. L.
DeWald
,
S. H.
Glenzer
,
C.
Sorce
,
S.
Dixit
,
R. E.
Turner
, and
B.
MacGowan
,
J. Phys.: Conf. Ser.
112
,
022077
(
2008
).
30.
T. R.
Boehly
,
V. A.
Smalyuk
,
D. D.
Meyerhofer
,
J. P.
Knauer
,
D. K.
Bradley
,
R. S.
Craxton
,
M. J.
Guardalben
,
S.
Skupsky
, and
T. J.
Kessler
,
J. Appl. Phys.
85
,
3444
(
1999
).
31.
S.
Skupsky
,
R. W.
Short
,
T.
Kessler
,
R. S.
Craxton
,
S.
Letzring
, and
J. M.
Soures
,
J. Appl. Phys.
66
,
3456
(
1989
).
32.
S. P.
Regan
,
J. A.
Marozas
,
J. H.
Kelly
,
T. R.
Boehly
,
W. R.
Donaldson
,
P. A.
Jaanimagi
,
R. L.
Keck
,
T. J.
Kessler
,
D. D.
Meyerhofer
,
W.
Seka
,
S.
Skupsky
, and
V. A.
Smalyuk
,
J. Opt. Soc. Am. B
17
,
1483
(
2000
).
33.
F. J.
Marshall
and
J. A.
Oertel
,
Rev. Sci. Instrum.
68
,
735
(
1997
).
34.
D. T.
Michel
,
V. N.
Goncharov
,
I. V.
Igumenshchev
,
R.
Epstein
, and
D. H.
Froula
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
245005
(
2013
).
35.
C.
Stoeckl
,
V. Yu.
Glebov
,
D. D.
Meyerhofer
,
W.
Seka
,
B.
Yaakobi
,
R. P. J.
Town
, and
J. D.
Zuegel
,
Rev. Sci. Instrum.
72
,
1197
(
2001
).
36.
R.
Tommasini
,
J. A.
Koch
,
B.
Young
,
E.
Ng
,
T.
Phillips
, and
L.
Dauffy
,
Rev. Sci. Instrum.
77
,
10E301
(
2006
).
37.
C. D.
Chen
,
J. A.
King
,
M. H.
Key
,
K. U.
Akli
,
F. N.
Beg
,
H.
Chen
,
R. R.
Freeman
,
A.
Link
,
A. J.
Mackinnon
,
A. G.
MacPhee
,
P. K.
Patel
,
M.
Porkolab
,
R. B.
Stephens
, and
L. D.
Van Woerkom
,
Rev. Sci. Instrum.
79
,
10E305
(
2008
).
38.
D. H.
Froula
,
B.
Yaakobi
,
S. X.
Hu
,
P.-Y.
Chang
,
R. S.
Craxton
,
D. H.
Edgell
,
R.
Follett
,
D. T.
Michel
,
J. F.
Myatt
,
W.
Seka
,
R. W.
Short
,
A.
Solodov
, and
C.
Stoeckl
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
165003
(
2012
).
39.
A.
Simon
,
R. W.
Short
,
E. A.
Williams
, and
T.
Dewandre
,
Phys. Fluids
26
,
3107
(
1983
).
40.
H. A.
Baldis
,
E. M.
Campbell
, and
W. L.
Kruer
, in
Handbook of Plasma Physics
, edited by M. N. Rosenbluth and R. Z. Sagdeev, Vol. 3: Physics of Laser Plasma, edited by
A.
Rubenchik
and
S.
Witkowski
(
North-Holland
,
Amsterdam
,
1991
), Chap. 9, p.
361
.
41.
W.
Seka
,
R. E.
Bahr
,
R. W.
Short
,
A.
Simon
,
R. S.
Craxton
,
D. S.
Montgomery
, and
A. E.
Rubenchik
,
Phys. Fluids B
4
,
2232
(
1992
).
42.
Laboratory for Laser Energetics LLE
,
Rev. Quart. Rep.
36
,
158
(
1988
).
43.
O.
Willi
,
T.
Afshar-rad
,
S.
Coe
, and
A.
Giulietti
,
Phys. Fluids B
2
,
1318
(
1990
).
44.
R.
Betti
,
W.
Theobald
,
C. D.
Zhou
,
K. S.
Anderson
,
P. W.
McKenty
,
S.
Skupsky
,
D.
Shvarts
,
V. N.
Goncharov
,
J. A.
Delettrez
,
P. B.
Radha
,
T. C.
Sangster
,
C.
Stoeckl
, and
D. D.
Meyerhofer
,
J. Phys.: Conf. Ser.
112
,
022024
(
2008
).
45.
J.
Delettrez
and
E. B.
Goldman
, Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester, Rochester, NY,
LLE Report No. 36
(
1976
).
46.
See National Technical Information Service Document No. RL80091 (
A. R.
Bell
, “
New equations of state for Medusa
,” Rutherford Appleton Laboratory, Chilton, Didcot, Oxon, England,
Report RL-80-091
,
1980
). Copies may be obtained from the National Technical Information Service, Springfield, VA 22161.
47.
G. I.
Kerley
,
Phys. Earth Planet. Inter.
6
,
78
(
1972
).
48.
See Office of Scientific and Technical Information Document No. 917468 (
G. I.
Kerley
, “
Equations of state for hydrogen and deuterium
,” Sandia National Laboratory, Albuquerque, NM,
SAND2003-3613
,
2003
). Copies may be obtained from the Office of Scientific and Technical Information at http://www.osti.gov/home/reportform.html.
49.
R. C.
Malone
,
R. L.
McCrory
, and
R. L.
Morse
,
Phys. Rev. Lett.
34
,
721
(
1975
).
50.
J.
Delettrez
,
R.
Epstein
,
M. C.
Richardson
,
P. A.
Jaanimagi
, and
B. L.
Henke
,
Phys. Rev. A
36
,
3926
(
1987
);
M. C.
Richardson
,
P. W.
McKenty
,
F. J.
Marshall
,
C. P.
Verdon
,
J. M.
Soures
,
R. L.
McCrory
,
O.
Barnouin
,
R. S.
Craxton
,
J.
Delettrez
,
R. L.
Hutchison
,
P. A.
Jaanimagi
,
R.
Keck
,
T.
Kessler
,
H.
Kim
,
S. A.
Letzring
,
D. M.
Roback
,
W.
Seka
,
S.
Skupsky
,
B.
Yaakobi
,
S. M.
Lane
, and
S.
Prussin
, in
Laser Interaction and Related Plasma Phenomena
, edited by
H.
Hora
and
G. H.
Miley
(
Plenum Publishing
,
New York
,
1986
), Vol. 7, p.
421
.
51.
S.
Gus'kov
,
X.
Ribeyre
,
M.
Touati
,
J. L.
Feugeas
,
Ph.
Nicolaï
, and
V.
Tikhonchuk
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
255004
(
2012
).
52.
X.
Ribeyre
,
S.
Gus'kov
,
J.-L.
Feugeas
,
Ph.
Nicolaï
, and
V. T.
Tikhonchuk
,
Phys. Plasmas
20
,
062705
(
2013
).
53.
R.
Betti
,
R.
Nora
,
K. S.
Anderson
,
M.
Lafon
,
W.
Theobald
,
R.
Yan
, and
C.
Ren
,
Bull. Am. Phys. Soc.
58
,
31
(
2013
).
You do not currently have access to this content.