We report on the characterization of the conditions of an imploding cylindrical plasma by time-resolved x-ray emission spectroscopy. Knowledge about this implosion platform can be applied to studies of particle transport for inertial confinement fusion schemes or to astrophysical plasmas. A cylindrical Cl-doped CH foam within a tube of solid CH was irradiated by 36 beams (Itotal ∼ 5 × 1014 W/cm2, 1.5 ns square pulse, and Etotal ∼ 16.2 kJ) of the OMEGA-60 laser to radially compress the CH toward the axis. The analysis of the time-resolved spectra showed that the compression can be described by four distinct phases, each presenting different plasma conditions. First the ablation of the cylinder is dominant; second, the foam is heated and induces a significant jump in emission intensities; third, the temperature and density of the foam reaches a maximum; and finally, the plasma expands. Ranges for the plasma temperature were inferred with the atomic physics code SCRAM (Spectroscopic Collisional-Radiative Atomic Model) and the experimental data have been compared to hydrodynamic simulations performed with the 2D code FLASH, which showed a similar implosion dynamic over time.
References
1.
G.
Chabrier
, D.
Saumon
, and A. Y.
Potekhin
, J. Phys. A
39
, 4411
(2006
).2.
B. A.
Remington
, Plasma. Phys. Controlled Fusion
47
, A191
(2005
).3.
F.
Weber
, G. A.
Contrera
, M. G.
Orsaria
, W.
Spinella
, and O.
Zubairi
, Mod. Phys. Lett. A
29
, 1430022
(2014
).4.
K. T.
Lorenz
, M. J.
Edwards
, A. F.
Jankowski
, S. M.
Pollaine
, R. F.
Smith
, and B. A.
Remington
, High Energy Density Phys.
2
, 113
–125
(2006
).5.
H. J.
Lee
, P.
Neumayer
, J.
Castor
, T.
Döppner
, R. W.
Falcone
, C.
Fortmann
, B. A.
Hammel
, A. L.
Kritcher
, O. L.
Landen
, R. W.
Lee
, D. D.
Meyerhofer
, D. H.
Munro
, R.
Redmer
, S. P.
Regan
, S.
Weber
, and S. H.
Glenzer
, Phys. Rev. Lett.
102
, 115001
(2009
).6.
W. W.
Hsing
, C. W.
Barnes
, J. B.
Beck
, and N. M.
Hoffman
, Phys. Plasmas
4
, 1832
(1997
).7.
C. A.
Back
, J. D.
Bauer
, J. H.
Hammer
, B. F.
Lasinski
, R. E.
Turner
, P. W.
Rambo
, O. L.
Landen
, L. J.
Suter
, M. D.
Rosen
, and W. W.
Hsing
, Phys. Plasmas
7
, 2126
(2000
).8.
O. V.
Gotchev
, P. Y.
Chang
, J. P.
Knauer
, D. D.
Meyerhofer
, O.
Polomarov
, J.
Frenje
, C. K.
Li
, M. J.-E.
Manuel
, R. D.
Petrasso
, J. R.
Rygg
, F. H.
Seguin
, and R.
Betti
, Phys. Rev. Lett.
103
, 215004
(2009
).9.
B. A.
Remington
, R. P.
Drake
, and D. D.
Ryutov
, Rev. Mod. Phys.
78
, 755
(2006
).10.
M.
Brassart
and J.-P.
Luminet
, Astron. Astrophys.
481
, 259
–277
(2008
).11.
J. H.
Nuckolls
, L.
Wood
, A.
Thiessen
, and G. B.
Zimmerman
, Nature
239
, 139
(1972
).12.
K. A.
Brueckner
and S.
Jorna
, “Laser-driven fusion
,” Rev. Mod. Phys.
46
, 325
(1974
).13.
S. A.
Slutz
, M. C.
Herrmann
, R. A.
Vesey
, A. B.
Sefkow
, D. B.
Sinars
, D. C.
Rovang
, K. J.
Peterson
, and M. E.
Cuneo
, Phys. Plasmas
17
, 056303
(2010
).14.
M. R.
Gomez
, S. A.
Slutz
, A. B.
Sefkow
, D. B.
Sinars
, K. D.
Hahn
, S. B.
Hansen
, E. C.
Harding
, P. F.
Knapp
, P. F.
Schmit
, C. A.
Jennings
et al., Phys. Rev. Lett.
113
, 155003
(2014
).15.
A. J.
Kemp
, M. M.
Basko
, and J.
Meyer-ter-Vehn
, Nucl. Fusion
43
, 16
(2003
).16.
M.
Roth
, T. E.
Cowan
, M. H.
Key
, S. P.
Hatchett
, C.
Brown
, W.
Fountain
, J.
Johnson
, D. M.
Pennington
, R. A.
Snavely
, S. C.
Wilks
, K.
Yasuike
, H.
Ruhl
, F.
Pegoraro
, S. V.
Bulanov
, E. M.
Campbell
, M. D.
Perry
, and H.
Powell
, Phys. Rev. Lett.
86
, 436
(2001
).17.
M.
Tabak
, J.
Hammer
, M. E.
Glinsky
, W. L.
Kruer
, S. C.
Wilks
, J.
Woodworth
, E. M.
Campbell
, and M. D.
Perry
, Phys. Plasmas
1
, 1626
–1634
(1994
).18.
S.
Wilks
, W. L.
Kruer
, M.
Tabak
, and A. B.
Langdon
, Phys. Rev. Lett.
69
, 1383
–1386
(1992
).19.
F. N.
Beg
, A. R.
Bell
, A. E.
Dangor
, C. N.
Danson
, A. P.
Fews
, M. E.
Glinsky
, B. A.
Hammel
, P.
Lee
, P. A.
Norreys
, and M.
Tatarakis
, Phys. Plasmas
4
, 447
(1997
).20.
K. W. D.
Ledingham
and W.
Galster
, New J. Phys.
12
, 045005
(2010
).21.
D. J.
Stark
, T.
Toncian
, and A. V.
Arefiev
, Phys. Rev. Lett.
116
, 185003
(2016
).22.
F.
Perez
, L.
Gremillet
, M.
Koenig
, S. D.
Baton
, P.
Audebert
, M.
Chahid
, C.
Rousseaux
, M.
Drouin
, E.
Lefebvre
, T.
Vinci
, J.
Rassuchine
, T.
Cowan
, S. A.
Gaillard
, K. A.
Flippo
, and R.
Shepherd
, Phys. Rev. Lett.
104
, 085001
(2010
).23.
D. J.
Hoarty
, P.
Allan
, S. F.
James
, C. R. D.
Brown
, L. M. R.
Hobbs
, M. P.
Hills
, J. W. O.
Harris
, J.
Morton
, M. G.
Brookes
, R.
Shepherd
, J.
Dunn
, H.
Chen
, E. V.
Marley
, P.
Beiersdorfer
, H. K.
Chung
, R. W.
Lee
, G.
Brown
, and J.
Emig
, Phys. Rev. Lett.
110
, 265003
(2013
).24.
R.
Kodama
, P. A.
Norreys
, K.
Mima
, A. E.
Danger
, R. G.
Evans
, H.
Fujita
, Y.
Kitagawa
, K.
Krushelnick
, T.
Miyakoshi
, N.
Miyanaga
et al., Nature
412
, 798
–802
(2001
).25.
W.
Theobald
, A. A.
Solodov
, C.
Stoeckl
, K. S.
Anderson
, R.
Betti
, T. R.
Boehly
, R. S.
Craxton
, J. A.
Delettrez
, C.
Dorrer
, J. A.
Frenje
et al., Phys. Plasmas
18
, 056305
(2011
).26.
L. C.
Jarrott
, M. S.
Wei
, C.
McGuffey
, A. A.
Solodov
, W.
Theobald
, B.
Qiao
, C.
Stoeckl
, R.
Betti
, H.
Chen
, J.
Delettrez
et al., Nat. Phys.
12
, 499
–504
(2016
).27.
F.
Pérez
, A.
Debayle
, J.
Honrubia
, M.
Koenig
, D.
Batani
, S. D.
Baton
, F. N.
Beg
, C.
Benedetti
, E.
Brambrink
, S.
Chawla
, F.
Dorchies
et al., Phys. Rev. Lett.
107
, 065004
(2011
).28.
P.
Norreys
, D.
Batani
, S.
Baton
, F. N.
Beg
, R.
Kodama
, P. M.
Nilson
, P.
Patel
, F.
Pérez
, J. J.
Santos
, and R. H. H.
Scott
, Nucl. Fusion
54
, 054004
(2014
).29.
30.
P.
Gibbon
, Short Pulse Laser Interactions with Matter: An Introduction
(Imperial College Press
, 2005
).31.
A. B.
Sefkow
, S. A.
Slutz
, J. M.
Koning
, M. M.
Marinak
, K. J.
Peterson
, D. B.
Sinars
, and R. A.
Vesey
, Phys. Plasmas
21
, 072711
(2014
).32.
M.
Millecchia
, S. P.
Regan
, R. E.
Bahr
, M.
Romanofsky
, and C.
Sorce
, Rev. Sci. Instrum.
83
, 10E107
(2012
).33.
A. A.
Solodov
, B.
Yaakobi
, D. H.
Edgell
, R. K.
Follett
, J. F.
Myatt
, C.
Sorce
, and D. H.
Froula
, Phys. Plasmas
23
, 102707
(2016
).34.
B.
Yaakobi
, P.-Y.
Chang
, A.
Solodov
, C.
Stoeckl
, D. H.
Edgell
, R. S.
Craxton
, S. X.
Hu
, J. F.
Myatt
, J. F.
Marshall
, W.
Seka
, and D. H.
Froula
, Phys. Plasmas
19
, 012704
(2012
).35.
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
).36.
S. B.
Hansen
, J.
Bauche
, C.
Bauhce-Arnoult
, and M. F.
Gu
, High Energy Density Phys.
3
, 109
–114
(2007
).37.
M. F.
Gu
, Can. J. Phys.
86
, 675
(2008
).38.
A.
Dubey
, K.
Antypas
, M. K.
Ganapathy
, L. B.
Reid
, K.
Riley
, D.
Sheeler
, A.
Siegel
, and K.
Weide
, Parallel Comput.
35
, 512
(2009
).39.
B.
Fryxell
, K.
Olson
, P.
Ricker
, F. X.
Timmes
, M.
Zingale
, D. Q.
Lamb
, P.
MacNeice
, R.
Rosner
, J. W.
Truran
, and H.
Tufo
, Astrophys. J. Suppl. Ser.
131
, 273
(2000
).© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.
