Deceleration-phase Rayleigh–Taylor instability (RTI) growth during inertial confinement fusion capsule implosions significantly affects the performance as it mixes cold ablator material into the fuel. Precise measurements of such instability growth are essential for both validating the existing simulation codes and improving our predictive capability. RTI measurements on the inner surface of a spherical shell are limited and are often inferred indirectly at limited convergence. In contrast, cylindrical implosions allow for direct diagnostic access to the converging interface by imaging down the cylinder axis while retaining the effects of convergence. We have performed direct-drive cylindrical implosion experiments at both the OMEGA and the NIF laser facilities using scaled targets. RTI growth is demonstrated to be scale-invariant between the cylindrical targets at OMEGA and similar targets at the NIF, which are scaled up by a factor of three in the radial dimension. Single-mode (m = 20) instability growth factors of ∼14 are measured at a convergence ratio (CR) ∼ 2.5 with nearly identical mode growth at both scales. The measurements are in agreement with xRAGE radiation-hydrodynamics simulations. In addition, we have developed the Bayesian-inference-engine method to account for the variations in the target alignment, magnification, and the parallax effect in the measurement, allowing a more precise comparison between the experimental data and the simulations.

1.
L. B.
Hopkins
,
S.
LePape
,
L.
Divol
,
A.
Pak
,
E.
Dewald
,
D. D.
Ho
,
N.
Meezan
,
S.
Bhandarkar
,
L. R.
Benedetti
,
T.
Bunn
,
J.
Biener
,
J.
Crippen
,
D.
Casey
,
D.
Clark
,
D.
Edgell
,
D.
Fittinghoff
,
M.
Gatu-Johnson
,
C.
Goyon
,
S.
Haan
,
R.
Hatarik
,
M.
Havre
,
D.
Hinkel
,
H.
Huang
,
N.
Izumi
,
J.
Jaquez
,
O.
Jones
,
S.
Khan
,
A.
Kritcher
,
C.
Kong
,
G.
Kyrala
,
O.
Landen
,
T.
Ma
,
A.
MacPhee
,
B.
MacGowan
,
A. J.
Mackinnon
,
M.
Marinak
,
J.
Milovich
,
M.
Millot
,
P.
Michel
,
A.
Moore
,
S. R.
Nagel
,
A.
Nikroo
,
P.
Patel
,
J.
Ralph
,
H.
Robey
,
J. S.
Ross
,
N. G.
Rice
,
S.
Sepke
,
V. A.
Smalyuk
,
P.
Sterne
,
D.
Strozzi
,
M.
Stadermann
,
P.
Volegov
,
C.
Weber
,
C.
Wild
,
C.
Yeamans
,
D.
Callahan
,
O.
Hurricane
,
R. P. J.
Town
, and
M. J.
Edwards
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
61
,
014023
(
2019
).
2.
K. L.
Baker
,
C. A.
Thomas
,
D. T.
Casey
,
S.
Khan
,
B. K.
Spears
,
R.
Nora
,
T.
Woods
,
J. L.
Milovich
,
R. L.
Berger
,
D.
Strozzi
,
D.
Clark
,
M.
Hohenberger
,
O. A.
Hurricane
,
D. A.
Callahan
,
O. L.
Landen
,
B.
Bachmann
,
R.
Benedetti
,
R.
Bionta
,
P. M.
Celliers
,
D.
Fittinghoff
,
C.
Goyon
,
G.
Grim
,
R.
Hatarik
,
N.
Izumi
,
M. G.
Johnson
,
G.
Kyrala
,
T.
Ma
,
M.
Millot
,
S. R.
Nagel
,
A.
Pak
,
P. K.
Patel
,
D.
Turnbull
,
P. L.
Volegov
, and
C.
Yeamans
,
Phys. Rev. Lett.
121
,
135001
(
2018
).
3.
R.
Betti
and
O. A.
Hurricane
,
Nat. Phys.
12
(
5
),
435
448
(
2016
).
4.
J.
Lindl
,
Phys. Plasmas
2
(
11
),
3933
4024
(
1995
).
5.
R. S.
Craxton
,
K. S.
Anderson
,
T. R.
Boehly
,
V. N.
Goncharov
,
D. R.
Harding
,
J. P.
Knauer
,
R. L.
McCrory
,
P. W.
McKenty
,
D. D.
Meyerhofer
,
J. F.
Myatt
,
A. J.
Schmitt
,
J. D.
Sethian
,
R. W.
Short
,
S.
Skupsky
,
W.
Theobald
,
W. L.
Kruer
,
K.
Tanaka
,
R.
Betti
,
T. J. B.
Collins
,
J. A.
Delettrez
,
S. X.
Hu
,
J. A.
Marozas
,
A. V.
Maximov
,
D. T.
Michel
,
P. B.
Radha
,
S. P.
Regan
,
T. C.
Sangster
,
W.
Seka
,
A. A.
Solodov
,
J. M.
Soures
,
C.
Stoeckl
, and
J. D.
Zuegel
,
Phys. Plasmas
22
,
110501
(
2015
).
6.
J.
Nuckolls
,
A.
Thiessen
,
L.
Wood
, and
G.
Zimmerman
,
Nature
239
(
5368
),
139
(
1972
).
7.
Rayleigh
,
Proc. London Math. Soc.
s1-10
,
1
(
1878
).
8.
G. I.
Taylor
,
Proc. Roy. Soc. A
201
,
175
186
(
1950
).
9.
R. D.
Richtmyer
,
Commun. Pure Appl. Math.
13
(
2
),
297
319
(
1960
).
10.
E. E.
Meshkov
,
Fluid Dyn.
4
,
101
104
(
1972
).
11.
B. A.
Hammel
,
H. A.
Scott
,
S. P.
Regan
,
C.
Cerjan
,
D. S.
Clark
,
M. J.
Edwards
,
R.
Epstein
,
S. H.
Glenzer
,
S. W.
Haan
,
N.
Izumi
,
J. A.
Koch
,
G. A.
Kyrala
,
O. L.
Landen
,
S. H.
Langer
,
K.
Peterson
,
V. A.
Smalyuk
,
L. J.
Suter
, and
D. C.
Wilson
,
Phys. Plasmas
18
,
056310
(
2011
).
12.
M. A.
Barrios
,
S. P.
Regan
,
L. J.
Suter
,
S.
Glenn
,
L. R.
Benedetti
,
D. K.
Bradley
,
G. W.
Collins
,
R.
Epstein
,
B. A.
Hammel
,
G. A.
Kyrala
,
N.
Izumi
,
T.
Ma
,
H.
Scott
, and
V. A.
Smalyuk
,
Phys. Plasmas
20
,
072706
(
2013
).
13.
T.
Ma
,
P. K.
Patel
,
N.
Izumi
,
P. T.
Springer
,
M. H.
Key
,
L. J.
Atherton
,
L. R.
Benedetti
,
D. K.
Bradley
,
D. A.
Callahan
,
P. M.
Celliers
,
C. J.
Cerjan
,
D. S.
Clark
,
E. L.
Dewald
,
S. N.
Dixit
,
T.
Doppner
,
D. H.
Edgell
,
R.
Epstein
,
S.
Glenn
,
G.
Grim
,
S. W.
Haan
,
B. A.
Hammel
,
D.
Hicks
,
W. W.
Hsing
,
O. S.
Jones
,
S. F.
Khan
,
J. D.
Kilkenny
,
J. L.
Kline
,
G. A.
Kyrala
,
O. L.
Landen
,
S. Le
Pape
,
B. J.
MacGowan
,
A. J.
Mackinnon
,
A. G.
MacPhee
,
N. B.
Meezan
,
J. D.
Moody
,
A.
Pak
,
T.
Parham
,
H. S.
Park
,
J. E.
Ralph
,
S. P.
Regan
,
B. A.
Remington
,
H. F.
Robey
,
J. S.
Ross
,
B. K.
Spears
,
V.
Smalyuk
,
L. J.
Suter
,
R.
Tommasini
,
R. P.
Town
,
S. V.
Weber
,
J. D.
Lindl
,
M. J.
Edwards
,
S. H.
Glenzer
, and
E. I.
Moses
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
085004
(
2013
).
[PubMed]
14.
L. A.
Pickworth
,
B. A.
Hammel
,
V. A.
Smalyuk
,
A. G.
MacPhee
,
H. A.
Scott
,
H. F.
Robey
,
O. L.
Landen
,
M. A.
Barrios
,
S. P.
Regan
,
M. B.
Schneider
,
M.
Hoppe
,
T.
Kohut
,
D.
Holunga
,
C.
Walters
,
B.
Haid
, and
M.
Dayton
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
035001
(
2016
).
15.
S.
Fujioka
,
H.
Shiraga
,
M.
Nishikino
,
K.
Shigemori
,
A.
Sunahara
,
M.
Nakai
,
H.
Azechi
,
K.
Nishihara
, and
T.
Yamanaka
,
Phys. Plasmas
10
(
12
),
4784
4789
(
2003
).
16.
T. J. B.
Collins
,
J. P.
Knauer
,
R.
Betti
,
T. R.
Boehly
,
J. A.
Delettrez
,
V. N.
Goncharov
,
D. D.
Meyerhofer
,
P. W.
McKenty
,
S.
Skupsky
, and
R. P. J.
Town
,
Phys. Plasmas
11
(
4
),
1569
1576
(
2004
).
17.
G. I.
Bell
,
Los Alamos scientific laboratory report no. LA-1321
(
1951
).
18.
M. S.
Plesset
,
J. Appl. Phys.
25
(
1
),
96
98
(
1954
).
19.
V. A.
Smalyuk
,
D. T.
Casey
,
D. S.
Clark
,
M. J.
Edwards
,
S. W.
Haan
,
A.
Hamza
,
D. E.
Hoover
,
W. W.
Hsing
,
O.
Hurricane
,
J. D.
Kilkenny
,
J.
Kroll
,
O. L.
Landen
,
A.
Moore
,
A.
Nikroo
,
L.
Peterson
,
K.
Raman
,
B. A.
Remington
,
H. F.
Robey
,
S. V.
Weber
, and
K.
Widmann
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
185003
(
2014
).
20.
V. A.
Smalyuk
,
H. F.
Robey
,
T.
Doppner
,
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. B.
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
).
21.
D. L.
Tubbs
,
C. W.
Barnes
,
J. B.
Beck
,
N. M.
Hoffman
,
J. A.
Oertel
,
R. G.
Watt
,
T.
Boehly
,
D.
Bradley
, and
J.
Knauer
,
Laser Part. Beams
17
(
3
),
437
449
(
1999
).
22.
C. W.
Barnes
,
S. H.
Batha
,
A. M.
Dunne
,
G. R.
Magelssen
,
S.
Rothman
,
R. D.
Day
,
N. E.
Elliott
,
D. A.
Haynes
,
R. L.
Holmes
,
J. M.
Scott
,
D. L.
Tubbs
,
D. L.
Youngs
,
T. R.
Boehly
, and
P.
Jaanimagi
,
Phys. Plasmas
9
(
11
),
4431
4434
(
2002
).
23.
J. P.
Sauppe
,
B. M.
Haines
,
S.
Palaniyappan
,
P. A.
Bradley
,
S. H.
Batha
,
E. N.
Loomis
, and
J. L.
Kline
,
Phys. Plasmas
26
,
042701
(
2019
).
24.
S. P.
Regan
,
V. N.
Goncharov
,
I. V.
Igumenshchev
,
T. C.
Sangster
,
R.
Betti
,
A.
Bose
,
T. R.
Boehly
,
M. J.
Bonino
,
E. M.
Campbell
,
D.
Cao
,
T. J. B.
Collins
,
R. S.
Craxton
,
A. K.
Davis
,
J. A.
Delettrez
,
D. H.
Edgell
,
R.
Epstein
,
C. J.
Forrest
,
J. A.
Frenje
,
D. H.
Froula
,
M. G.
Johnson
,
V. Y.
Glebov
,
D. R.
Harding
,
M.
Hohenberger
,
S. X.
Hu
,
D.
Jacobs-Perkins
,
R.
Janezic
,
M.
Karasik
,
R. L.
Keck
,
J. H.
Kelly
,
T. J.
Kessler
,
J. P.
Knauer
,
T. Z.
Kosc
,
S. J.
Loucks
,
J. A.
Marozas
,
F. J.
Marshall
,
R. L.
McCrory
,
P. W.
McKenty
,
D. D.
Meyerhofer
,
D. T.
Michel
,
J. F.
Myatt
,
S. P.
Obenschain
,
R. D.
Petrasso
,
P. B.
Radha
,
B.
Rice
,
M. J.
Rosenberg
,
A. J.
Schmitt
,
M. J.
Schmitt
,
W.
Seka
,
W. T.
Shmayda
,
M. J.
Shoup
,
A.
Shvydky
,
S.
Skupsky
,
A. A.
Solodov
,
C.
Stoeckl
,
W.
Theobald
,
J.
Ulreich
,
M. D.
Wittman
,
K. M.
Woo
,
B.
Yaakobi
, and
J. D.
Zuegel
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
025001
(
2016
).
25.
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
).
26.
P. A.
Amendt
,
H. F.
Robey
,
H. S.
Park
,
R. E.
Tipton
,
R. E.
Turner
,
J. L.
Milovich
,
M.
Bono
,
R.
Hibbard
,
H.
Louis
,
R.
Wallace
, and
V. Y.
Glebov
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
065004
(
2005
).
27.
E. C.
Merritt
,
J. P.
Sauppe
,
E. N.
Loomis
,
T.
Cardenas
,
D. S.
Montgomery
,
W. S.
Daughton
,
D. C.
Wilson
,
J. L.
Kline
,
S. F.
Khan
,
M.
Schoff
,
M.
Hoppe
,
F.
Fierro
,
R. B.
Randolph
,
B.
Patterson
,
L.
Kuettner
,
R. F.
Sacks
,
E. S.
Dodd
,
W. C.
Wan
,
S.
Palaniyappan
,
S. H.
Batha
,
P. A.
Keiter
,
J. R.
Rygg
,
V.
Smalyuk
,
Y.
Ping
, and
P.
Amendt
,
Phys. Plasmas
26
(
5
),
052702
(
2019
).
28.
D. S.
Montgomery
,
W. S.
Daughton
,
B. J.
Albright
,
A. N.
Simakov
,
D. C.
Wilson
,
E. S.
Dodd
,
R. C.
Kirkpatrick
,
R. G.
Watt
,
M. A.
Gunderson
,
E. N.
Loomis
,
E. C.
Merritt
,
T.
Cardenas
,
P.
Amendt
,
J. L.
Milovich
,
H. F.
Robey
,
R. E.
Tipton
, and
M. D.
Rosen
,
Phys. Plasmas
25
,
092706
(
2018
).
29.
R. E.
Olson
and
R. J.
Leeper
,
Phys. Plasmas
20
(
9
),
092705
(
2013
).
30.
R. E.
Olson
,
R. J.
Leeper
,
J. L.
Kline
,
A. B.
Zylstra
,
S. A.
Yi
,
J.
Biener
,
T.
Braun
,
B. J.
Kozioziemski
,
J. D.
Sater
,
P. A.
Bradley
,
R. R.
Peterson
,
B. M.
Haines
,
L.
Yin
,
L. F. B.
Hopkins
,
N. B.
Meezan
,
C.
Walters
,
M. M.
Biener
,
C.
Kong
,
J. W.
Crippen
,
G. A.
Kyrala
,
R. C.
Shah
,
H. W.
Herrmann
,
D. C.
Wilson
,
A. V.
Hamza
,
A.
Nikroo
, and
S. H.
Batha
,
Phys. Rev. Lett.
117
(
24
),
245001
(
2016
).
31.
R.
Nora
,
R.
Betti
,
K. S.
Anderson
,
A.
Shvydky
,
A.
Bose
,
K. M.
Woo
,
A. R.
Christopherson
,
J. A.
Marozas
,
T. J. B.
Collins
,
P. B.
Radha
,
S. X.
Hu
,
R.
Epstein
,
F. J.
Marshall
,
R. L.
McCrory
,
T. C.
Sangster
, and
D. D.
Meyerhofer
,
Phys. Plasmas
21
(
5
),
056316
(
2014
).
32.
I. A. B.
Zelʹdovich
,
I. U. P.
Rai˘zer
,
W. D.
Hayes
, and
R. F.
Probstein
,
Physics of Shock Waves and High-Temperature Hydrodynamic Phenomena
(
Academic Press
,
New York
,
1966
).
33.
D.
Shvarts
,
U.
Alon
,
D.
Ofer
,
R. L.
Mccrory
, and
C. P.
Verdon
,
Phys. Plasmas
2
(
6
),
2465
2472
(
1995
).
34.
R.
Epstein
,
Phys. Plasmas
11
(
11
),
5114
5124
(
2004
).
35.
K. O.
Mikaelian
,
Phys. Fluids
17
,
094105
(
2005
).
36.
K. G.
Zhao
,
C.
Xue
,
L. F.
Wang
,
W. H.
Ye
,
J. F.
Wu
,
Y. K.
Ding
,
W. Y.
Zhang
, and
X. T.
He
,
Phys. Plasmas
25
(
9
),
103301
(
2018
).
37.
L. F.
Wang
,
J. F.
Wu
,
H. Y.
Guo
,
W. H.
Ye
,
J.
Liu
,
W. Y.
Zhang
, and
X. T.
He
,
Phys. Plasmas
22
(
8
),
103508
(
2015
).
38.
M.
Gittings
,
R.
Weaver
,
M.
Clover
,
T.
Betlach
,
N.
Byrne
,
R.
Coker
,
E.
Dendy
,
R.
Hueckstaedt
,
K.
New
,
W. R.
Oakes
,
D.
Ranta
, and
R.
Stefan
,
Comput. Sci. Discov.
1
,
015005
(
2008
).
39.
B. M.
Haines
,
C. H.
Aldrich
,
J. M.
Campbell
,
R. M.
Rauenzahn
, and
C. A.
Wingate
,
Phys. Plasmas
24
(
5
),
052701
(
2017
).
40.
J. A.
Marozas
,
M.
Hohenberger
,
M. J.
Rosenberg
,
D.
Turnbull
,
T. J. B.
Collins
,
P. B.
Radha
,
P. W.
McKenty
,
J. D.
Zuegel
,
F. J.
Marshall
,
S. P.
Regan
,
T. C.
Sangster
,
W.
Seka
,
E. M.
Campbell
,
V. N.
Goncharov
,
M. W.
Bowers
,
J. M. G.
Di Nicola
,
G.
Erbert
,
B. J.
MacGowan
,
L. J.
Pelz
,
J.
Moody
, and
S. T.
Yang
,
Phys. Plasmas
25
,
056314
(
2018
).
41.
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
).
42.
B.
Tobias
,
C. F.
Kawaguchi
,
S.
Palaniyappan
,
J. P.
Sauppe
,
K. A.
Flippo
, and
J. L.
Kline
, “
Bayesian inference of deceleration-phase Rayleigh-Taylor growth rates in laser-driven cylindrical implosions
” (unpublished).
43.
D. S.
Montgomery
,
Phys. Plasmas
23
(
5
),
055601
(
2016
).
44.
D. T.
Michel
,
A. V.
Maximov
,
R. W.
Short
,
J. A.
Delettrez
,
D.
Edgell
,
S. X.
Hu
,
I. V.
Igumenshchev
,
J. F.
Myatt
,
A. A.
Solodov
,
C.
Stoeckl
,
B.
Yaakobi
, and
D. H.
Froula
,
Phys. Plasmas
20
,
055703
(
2013
).
You do not currently have access to this content.