A supervised machine learning algorithm trained on a multi-petabyte dataset of inertial confinement fusion simulations has identified a class of implosions that robustly achieve high yield, even in the presence of drive variations and hydrodynamic perturbations. These implosions are purposefully driven with a time-varying asymmetry, such that coherent flow generation during hotspot stagnation forces the capsule to self-organize into an ovoid, a shape that appears to be more resilient to shell perturbations than spherical designs. This new class of implosions, whose configurations are reminiscent of zonal flows in magnetic fusion devices, may offer a path to robust inertial fusion.

1.
S.
Atzeni
and
J.
Meyer-ter-Vehn
,
The Physics of Inertial Fusion
(
Oxford Science Publications
,
2004
).
2.
E. E.
Meshkov
,
Fluid Dyn.
4
,
101
(
1969
).
3.
R. D.
Richtmyer
,
Commun. Pure Appl. Math.
13
,
297
(
1960
).
4.
J. L.
Peterson
,
D. S.
Clark
,
L. P.
Masse
, and
L. J.
Suter
,
Phys. Plasmas
21
,
092710
(
2014
).
5.
Rayleigh
,
Proc. London Math. Soc.
s1–14
,
170
(
1882
).
6.
G.
Taylor
,
Proc. R. Soc. London, Ser. A
201
,
192
(
1950
).
7.
R.
Betti
,
V. N.
Goncharov
,
R. L.
McCrory
, and
C. P.
Verdon
,
Phys. Plasmas
5
,
1446
(
1998
).
8.
J.
Sanz
and
R.
Betti
,
Phys. Plasmas
12
,
042704
(
2005
).
9.
M. S.
Plesset
,
J. Appl. Phys.
25
,
96
(
1954
).
10.
V. N.
Goncharov
,
P.
McKenty
,
S.
Skupsky
,
R.
Betti
,
R. L.
McCrory
, and
C.
Cherfils-Clérouin
,
Phys. Plasmas
7
,
5118
(
2000
).
11.
S. W.
Haan
,
J. D.
Lindl
,
D. A.
Callahan
,
D. S.
Clark
,
J. D.
Salmonson
,
B. A.
Hammel
,
L. J.
Atherton
,
R. C.
Cook
,
M. J.
Edwards
,
S.
Glenzer
,
A. V.
Hamza
,
S. P.
Hatchett
,
M. C.
Herrmann
,
D. E.
Hinkel
,
D. D.
Ho
,
H.
Huang
,
O. S.
Jones
,
J.
Kline
,
G.
Kyrala
,
O. L.
Landen
,
B. J.
MacGowan
,
M. M.
Marinak
,
D. D.
Meyerhofer
,
J. L.
Milovich
,
K. A.
Moreno
,
E. I.
Moses
,
D. H.
Munro
,
A.
Nikroo
,
R. E.
Olson
,
K.
Peterson
,
S. M.
Pollaine
,
J. E.
Ralph
,
H. F.
Robey
,
B. K.
Spears
,
P. T.
Springer
,
L. J.
Suter
,
C. A.
Thomas
,
R. P.
Town
,
R.
Vesey
,
S. V.
Weber
,
H. L.
Wilkens
, and
D. C.
Wilson
,
Phys. Plasmas
18
,
051001
(
2011
).
12.
D. S.
Clark
,
S. W.
Haan
, and
J. D.
Salmonson
,
Phys. Plasmas
15
,
056305
(
2008
).
13.
A. L.
Kritcher
,
R.
Town
,
D.
Bradley
,
D.
Clark
,
B.
Spears
,
O.
Jones
,
S.
Haan
,
P. T.
Springer
,
J.
Lindl
,
R. H. H.
Scott
,
D.
Callahan
,
M. J.
Edwards
, and
O. L.
Landen
,
Phys. Plasmas
21
,
042708
(
2014
).
14.
J.
Gu
,
Z.
Dai
,
Z.
Fan
,
S.
Zou
,
W.
Ye
,
W.
Pei
, and
S.
Zhu
,
Phys. Plasmas
21
,
012704
(
2014
).
15.
S. W.
Haan
,
H.
Huang
,
M. A.
Johnson
,
M.
Stadermann
,
S.
Baxamusa
,
S.
Bhandarkar
,
D. S.
Clark
,
V.
Smalyuk
, and
H. F.
Robey
,
Phys. Plasmas
22
,
032708
(
2015
).
16.
S. R.
Nagel
,
S. W.
Haan
,
J. R.
Rygg
,
M.
Barrios
,
L. R.
Benedetti
,
D. K.
Bradley
,
J. E.
Field
,
B. A.
Hammel
,
N.
Izumi
,
O. S.
Jones
,
S. F.
Khan
,
T.
Ma
,
A. E.
Pak
,
R.
Tommasini
, and
R. P. J.
Town
,
Phys. Plasmas
22
,
022704
(
2015
).
17.
T. R.
Dittrich
,
O. A.
Hurricane
,
L. F.
Berzak-Hopkins
,
D. A.
Callahan
,
D. T.
Casey
,
D.
Clark
,
E. L.
Dewald
,
T.
Doeppner
,
S. W.
Haan
,
B. A.
Hammel
,
J. A.
Harte
,
D. E.
Hinkel
,
B. J.
Kozioziemski
,
A. L.
Kritcher
,
T.
Ma
,
A.
Nikroo
,
A. E.
Pak
,
T. G.
Parham
,
H.-S.
Park
,
P. K.
Patel
,
B. A.
Remington
,
J. D.
Salmonson
,
P. T.
Springer
,
C. R.
Weber
,
G. B.
Zimmerman
, and
J. L.
Kline
,
J. Phys.: Conf. Ser.
717
,
012013
(
2016
).
18.
R. P. J.
Town
,
D. K.
Bradley
,
A.
Kritcher
,
O. S.
Jones
,
J. R.
Rygg
,
R.
Tommasini
,
M.
Barrios
,
L. R.
Benedetti
,
L. F. B.
Hopkins
,
P. M.
Celliers
,
T.
Döppner
,
E. L.
Dewald
,
D. C.
Eder
,
J. E.
Field
,
S. M.
Glenn
,
N.
Izumi
,
S. W.
Haan
,
S. F.
Khan
,
J. L.
Kline
,
G. A.
Kyrala
,
T.
Ma
,
J. L.
Milovich
,
J. D.
Moody
,
S. R.
Nagel
,
A.
Pak
,
J. L.
Peterson
,
H. F.
Robey
,
J. S.
Ross
,
R. H. H.
Scott
,
B. K.
Spears
,
M. J.
Edwards
,
J. D.
Kilkenny
, and
O. L.
Landen
,
Phys. Plasmas
21
,
056313
(
2014
).
19.
K.
Anderson
and
R.
Betti
,
Phys. Plasmas
11
,
5
(
2004
).
20.
R.
Betti
,
K.
Anderson
,
J.
Knauer
,
T. J. B.
Collins
,
R. L.
McCrory
,
P. W.
McKenty
, and
S.
Skupsky
,
Phys. Plasmas
12
,
042703
(
2005
).
21.
S. E.
Bodner
,
D. G.
Colombant
,
J. H.
Gardner
,
R. H.
Lehmberg
,
S. P.
Obenschain
,
L.
Phillips
,
A. J.
Schmitt
,
J. D.
Sethian
,
R. L.
McCrory
,
W.
Seka
,
C. P.
Verdon
,
J. P.
Knauer
,
B. B.
Afeyan
, and
H. T.
Powell
,
Phys. Plasmas
5
,
1901
(
1998
).
22.
J. H.
Gardner
,
S. E.
Bodner
, and
J. P.
Dahlburg
,
Phys. Fluids B
3
,
1070
(
1991
).
23.
V. N.
Goncharov
,
J. P.
Knauer
,
P. W.
McKenty
,
P. B.
Radha
,
T. C.
Sangster
,
S.
Skupsky
,
R.
Betti
,
R. L.
McCrory
, and
D. D.
Meyerhofer
,
Phys. Plasmas
10
,
1906
(
2003
).
24.
J. P.
Knauer
,
K.
Anderson
,
R.
Betti
,
T. J. B.
Collins
,
V. N.
Goncharov
,
P. W.
McKenty
,
D. D.
Meyerhofer
,
P. B.
Radha
,
S. P.
Regan
,
T. C.
Sangster
,
V. A.
Smalyuk
,
J. A.
Frenje
,
C. K.
Li
,
R. D.
Petrasso
, and
F. H.
Séguin
,
Phys. Plasmas
12
,
056306
(
2005
).
25.
J. L.
Peterson
,
L. F.
Berzak Hopkins
,
O. S.
Jones
, and
D. S.
Clark
,
Phys. Rev. E
91
,
031101
(
2015
).
26.
H. F.
Robey
,
V. A.
Smalyuk
,
J. L.
Milovich
,
T.
Döppner
,
D. T.
Casey
,
K. L.
Baker
,
J. L.
Peterson
,
B.
Bachmann
,
L. F.
Berzak Hopkins
,
E.
Bond
,
J. A.
Caggiano
,
D. A.
Callahan
,
P. M.
Celliers
,
C.
Cerjan
,
D. S.
Clark
,
S. N.
Dixit
,
M. J.
Edwards
,
N.
Gharibyan
,
S. W.
Haan
,
B. A.
Hammel
,
A. V.
Hamza
,
R.
Hatarik
,
O. A.
Hurricane
,
K. S.
Jancaitis
,
O. S.
Jones
,
G. D.
Kerbel
,
J. J.
Kroll
,
K. N.
Lafortune
,
O. L.
Landen
,
T.
Ma
,
M. M.
Marinak
,
B. J.
MacGowan
,
A. G.
MacPhee
,
A.
Pak
,
M.
Patel
,
P. K.
Patel
,
L. J.
Perkins
,
D. B.
Sayre
,
S. M.
Sepke
,
B. K.
Spears
,
R.
Tommasini
,
C. R.
Weber
,
C. C.
Widmayer
,
C.
Yeamans
,
E.
Giraldez
,
D.
Hoover
,
A.
Nikroo
,
M.
Hohenberger
, and
M. G.
Johnson
,
Phys. Plasmas
23
,
056303
(
2016
).
27.
V. A.
Smalyuk
,
H. F.
Robey
,
T.
Döppner
,
D. T.
Casey
,
D. S.
Clark
,
O. S.
Jones
,
J. L.
Milovich
,
J. L.
Peterson
,
B.
Bachmann
,
K. L.
Baker
,
L. R.
Benedetti
,
L. F.
Berzak Hopkins
,
R.
Bionta
,
E.
Bond
,
D. K.
Bradley
,
D. A.
Callahan
,
P. M.
Celliers
,
C.
Cerjan
,
K.-C.
Chen
,
C.
Goyon
,
G.
Grim
,
S. N.
Dixit
,
M. J.
Eckart
,
M. J.
Edwards
,
M.
Farrell
,
D. N.
Fittinghoff
,
J. A.
Frenje
,
M.
Gatu-Johnson
,
N.
Gharibyan
,
S. W.
Haan
,
A. V.
Hamza
,
E.
Hartouni
,
R.
Hatarik
,
M.
Havre
,
M.
Hohenberger
,
D.
Hoover
,
O. A.
Hurricane
,
N.
Izumi
,
K. S.
Jancaitis
,
S. F.
Khan
,
J. P.
Knauer
,
J. J.
Kroll
,
G.
Kyrala
,
K. N.
Lafortune
,
O. L.
Landen
,
T.
Ma
,
B. J.
MacGowan
,
A. G.
MacPhee
,
M.
Mauldin
,
F. E.
Merrill
,
A. S.
Moore
,
S.
Nagel
,
A.
Nikroo
,
A.
Pak
,
P. K.
Patel
,
J. E.
Ralph
,
D. B.
Sayre
,
D.
Shaughnessy
,
B. K.
Spears
,
R.
Tommasini
,
D. P.
Turnbull
,
A. L.
Velikovich
,
P. L.
Volegov
,
C. R.
Weber
,
C. C.
Widmayer
, and
C.
Yeamans
,
Phys. Plasmas
23
,
102703
(
2016
).
28.
A. L.
Velikovich
,
F. L.
Cochran
, and
J.
Davis
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
853
(
1996
).
29.
S. F.
Khan
,
S. A.
MacLaren
,
J. D.
Salmonson
,
T.
Ma
,
G. A.
Kyrala
,
J. E.
Pino
,
J. R.
Rygg
,
J. E.
Field
,
R.
Tommasini
,
J. E.
Ralph
,
D. P.
Turnbull
,
A. J.
Mackinnon
,
K. L.
Baker
,
L. R.
Benedetti
,
D. K.
Bradley
,
P. M.
Celliers
,
E. L.
Dewald
,
T. R.
Dittrich
,
L.
Berzak Hopkins
,
N.
Izumi
,
M. L.
Kervin
,
J. L.
Kline
,
S. R.
Nagel
,
A.
Pak
, and
R. E.
Tipton
,
Phys. Plasmas
23
,
042708
(
2016
).
31.
A.
Hasegawa
,
C. G.
Maclennan
, and
Y.
Kodama
,
Phys. Fluids
22
,
2122
(
1979
).
32.
B. K.
Spears
,
S.
Glenzer
,
M. J.
Edwards
,
S.
Brandon
,
D.
Clark
,
R.
Town
,
C.
Cerjan
,
R.
Dylla-Spears
,
E.
Mapoles
,
D.
Munro
,
J.
Salmonson
,
S.
Sepke
,
S.
Weber
,
S.
Hatchett
,
S.
Haan
,
P.
Springer
,
E.
Moses
,
J.
Kline
,
G.
Kyrala
, and
D.
Wilson
,
Phys. Plasmas
19
,
056316
(
2012
).
33.
R.
Nora
,
J. L.
Peterson
,
B. K.
Spears
,
J. E.
Field
, and
S.
Brandon
, “
Ensemble simulations of inertial confinement fusion implosions
,”
Stat. Anal. Data Min.
(to be published).
34.
S. H.
Langer
,
B. K.
Spears
,
J. L.
Peterson
,
J. E.
Field
,
R.
Nora
, and
S.
Brandon
, in
Proceedings of ISAV 2016: Second Workshop on In Situ Infrastructures for Enabling Extreme-scale Analysis and Visualization
(
IEEE Computer Society
,
2016
).
35.
K.
Rarick
, see beanstalkd project and code at http://kr.github.io/beanstalkd/.
36.
M. M.
Marinak
,
G. D.
Kerbel
,
N. A.
Gentile
,
O.
Jones
,
D.
Munro
,
S.
Pollaine
,
T. R.
Dittrich
, and
S. W.
Haan
,
Phys. Plasmas
8
,
2275
(
2001
).
37.
D. D.-M.
Ho
,
S. W.
Haan
,
J. D.
Salmonson
,
D. S.
Clark
,
J. D.
Lindl
,
J. L.
Milovich
,
C. A.
Thomas
,
L. F. B.
Hopkins
, and
N. B.
Meezan
,
J. Phys.: Conf. Ser.
717
,
012023
(
2016
).
38.
G. H.
Miller
,
E. I.
Moses
, and
C. R.
Wuest
,
Nucl. Fusion
44
,
228
(
2004
).
39.
G. I.
Kerley
, “
Equations of state for hydrogen and deuterium
,”
Technical Report No. SAND 2003–3613
(Sandia National Laboratories,
2004
).
40.
P. A.
Sterne
,
L. X.
Benedict
,
S.
Hamel
,
A. A.
Correa
,
J. L.
Milovich
,
M. M.
Marinak
,
P. M.
Celliers
, and
D. E.
Fratanduono
,
J. Phys.: Conf. Ser.
717
,
012082
(
2016
).
41.
F.
Pedregosa
,
G.
Varoquaux
,
A.
Gramfort
,
V.
Michel
,
B.
Thirion
,
O.
Grisel
,
M.
Blondel
,
P.
Prettenhofer
,
R.
Weiss
,
V.
Dubourg
,
J.
Vanderplas
,
A.
Passos
,
D.
Cournapeau
,
M.
Brucher
,
M.
Perrot
, and
E.
Duchesnay
,
J. Mach. Learn. Res.
12
,
2825
(
2011
).
42.
B. K.
Spears
,
S.
Brandon
,
D.
Clark
,
C.
Cerjan
,
J.
Edwards
,
O.
Landen
,
J.
Lindl
,
S.
Haan
,
S.
Hatchett
,
J.
Salmonson
,
P.
Springer
,
S. V.
Weber
, and
D.
Wilson
,
J. Phys.: Conf. Ser.
244
,
022014
(
2010
).
43.
J. A.
Nelder
and
R.
Mead
,
Comput. J.
7
,
308
(
1965
).
44.
C. R.
Weber
and
B. A.
Hammel
, private communication (
2016
).
45.
O. A.
Hurricane
and
J.
Hammer
, “
Pressure driven instability of a finite thickness fluid layer
,”
Technical Report No. UCRL-JRNL-203840
(Lawrence Livermore National Laboratory,
2004
).
46.
R.
Kishony
and
D.
Shvarts
,
Phys. Plasmas
8
,
4925
(
2001
).
47.
K.
Anderson
, private communication (
2016
).
48.
D. S.
Clark
, private communication (
2016
).
49.
M. J. M.
Hill
,
Proc. R. Soc. London
55
,
219
(
1894
).
50.
J.
Burgers
, in
Advances in Applied Mechanics
, edited by
R. V.
Mises
and
T. V.
Kármán
(
Elsevier
,
1948
), Vol.
1
, pp.
171
199
.
51.
T.
Maxworthy
,
J. Fluid Mech.
51
,
15
(
1972
).
52.
A.
Prochazka
and
D. I.
Pullin
,
Phys. Fluids
7
,
1788
(
1995
).
53.
C. R.
Weber
,
D. S.
Clark
,
A. W.
Cook
,
L. E.
Busby
, and
H. F.
Robey
,
Phys. Rev. E
89
,
053106
(
2014
).
55.
R.
Betti
, private communication (
2016
).
56.
L. F.
Berzak Hopkins
,
S.
Le Pape
,
L.
Divol
,
N. B.
Meezan
,
A. J.
Mackinnon
,
D. D.
Ho
,
O. S.
Jones
,
S.
Khan
,
J. L.
Milovich
,
J. S.
Ross
,
P.
Amendt
,
D.
Casey
,
P. M.
Celliers
,
A.
Pak
,
J. L.
Peterson
,
J.
Ralph
, and
J. R.
Rygg
,
Phys. Plasmas
22
,
056318
(
2015
).
57.
L. F. B.
Hopkins
, private communication (
2016
).
58.
S.
Skupsky
,
J. A.
Marozas
,
R. S.
Craxton
,
R.
Betti
,
T. J. B.
Collins
,
J. A.
Delettrez
,
V. N.
Goncharov
,
P. W.
McKenty
,
P. B.
Radha
,
T. R.
Boehly
,
J. P.
Knauer
,
F. J.
Marshall
,
D. R.
Harding
,
J. D.
Kilkenny
,
D. D.
Meyerhofer
,
T. C.
Sangster
, and
R. L.
McCrory
,
Phys. Plasmas
11
,
2763
(
2004
).
You do not currently have access to this content.