Hot electrons generated from laser plasma instabilities degrade performance of direct drive implosions by preheating the deuterium and tritium (DT) fuel resulting in early decompression and lower areal densities at stagnation. A technique to quantify the hot electron preheat of the dense DT fuel and connect it to the degradation in areal density is described in detail. Hot electrons are measured primarily from the hard x-rays they emit as they slow down in the target. The DT preheat is inferred from a comparison of the hard x-ray signals between a DT-layered implosion and its mass equivalent ablator only implosion. The preheat energy spatial distribution within the imploding shell is inferred from experiments using high Z payloads of varying thicknesses. It is found that the electrons deposit their energy uniformly throughout the shell material. For typical direct-drive OMEGA implosions driven with an overlapped intensity of 9 · 10 14 W / cm 2, approximately 0.02 % 0.03 % of the laser energy is converted into preheat of the stagnated fuel which corresponds to areal density degradations of 10%–20%. The degradations in areal density explain some of the observed discrepancies between the simulated and measured areal densities.

1.
S.
Atzeni
and
J.
Meyer-ter-vehn
,
The Physics of Inertial Fusion
(
Clarendon
,
Oxford
,
2004
);
J. D.
Lindl
,
Inertial Confinement Fusion
(
Springer
,
New York
,
1998
).
2.
C.
Zhou
and
R.
Betti
,
Phys. Plasmas
15
,
102707
(
2008
).
3.
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
 et al,
Phys. Plasmas
11
,
2763
(
2004
).
4.
E. M.
Campbell
,
V. N.
Goncharov
,
T. C.
Sangster
,
S. P.
Regan
,
P. B.
Radha
,
R.
Betti
,
J. F.
Myatt
,
D. H.
Froula
,
M. J.
Rosenberg
,
I. V.
Igumenschev
 et al,
Matter Radiat. Extremes
2
,
37
(
2017
).
5.
R. S.
Craxton
,
K. S.
Anderson
,
T. R.
Boehly
,
V. N.
Goncharov
,
D. R.
Harding
,
J. P.
Knaur
,
R. L.
McCrory
,
P. W.
McKenty
,
D. D.
Meyerhofer
,
J. F.
Myatt
 et al,
Phys. Plasmas
22
,
110501
(
2015
).
6.
P. B.
Radha
,
M.
Hohenberger
,
D. H.
Edgell
,
J. A.
Marozas
,
F. J.
Marshall
,
D. T.
Michel
,
M. J.
Rosenberg
,
W.
Seka
,
A.
Shvydky
,
T. R.
Boehly
 et al,
Phys. Plasmas
23
,
056305
(
2016
).
7.
D.
Shvarts
,
V. A.
Smalyuk
,
R.
Betti
,
J. A.
Delettrez
,
D. H.
Edgell
,
V. Yu.
Glebov
,
R. L.
McCrory
,
P. W.
McKenty
,
D. D.
Meyerhofer
, and
F. J.
Marshall
, “
The role of fast-electron preheating in low-adiabat cryogenic implosions on OMEGA
,”
J. Phys.
112
,
022005
(
2008
).
8.
V. A.
Smalyuk
,
R.
Betti
,
J. A.
Delettrez
,
V. Y.
Glebov
,
D. D.
Meyerhofer
,
P. B.
Radha
,
S. P.
Regan
,
T. C.
Sangster
,
J.
Sanz
,
W.
Seka
,
C.
Stoeckl
 et al,
Phys. Rev. Lett.
104
,
165002
(
2010
).
9.
W.
Kruer
,
Physics of Laser Plasma Interactions
(
Addison-Wesley Publishing Co
.,
1988
).
10.
T. R.
Boehly
,
D. L.
Brown
,
R. S.
Craxton
,
R. L.
Keck
,
J. P.
Knaur
,
J. H.
Kelly
,
T. J.
Kessler
,
S. A.
Kumpan
,
S. J.
Loucks
,
S. A.
Letzring
 et al,
Opt. Commun.
133
,
495
(
1997
).
11.
M. N.
Rosenbluth
,
Phys Rev. Lett.
29
,
565
(
1972
).
12.
A.
Simon
,
R. W.
Short
,
E. A.
Williams
, and
T.
Dewandre
,
Phys. Fluids
26
,
3107
(
1983
).
13.
J. F.
Myatt
,
J.
Zhang
,
J. A.
Delettrez
,
A. V.
Maximov
,
R. W.
Short
,
W.
Seka
,
D. H.
Edgell
,
D. F.
DuBois
,
D. A.
Russell
, and
H. X.
Vu
,
Phys. Plasmas
19
,
022707
(
2012
).
14.
J. F.
Myatt
,
H. X.
Vu
,
D. F.
Dubois
,
D. A.
Russel
,
J.
Zhang
,
R. W.
Short
, and
A. V.
Maximov
,
Phys. Plasmas
20
,
052705
(
2013
).
15.
R.
Yan
,
A. V.
Maximov
,
C.
Ren
, and
F. S.
Tsung
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
175002
(
2009
).
16.
R.
Yan
,
C.
Ren
,
J.
Li
,
A. V.
Maximov
,
W. B.
Mori
,
Z. M.
Sheng
, and
F. S.
Tsung
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
175002
(
2012
).
17.
R. K.
Follett
,
J. F.
Myatt
,
J. G.
Shaw
,
D. T.
Michel
,
A. A.
Solodov
,
D. H.
Edgell
,
D. H.
Edgell
,
B.
Yaakobi
, and
D. H.
Froula
,
Phys. Plasmas
24
,
102134
(
2017
).
18.
B. B.
Afeyan
and
E. A.
Williams
,
Phys. Plasmas
4
,
3827
(
1997
).
19.
R. K.
Follett
,
J. G.
Shaw
,
J. F.
Myatt
,
J. P.
Palastro
,
R. W.
Short
, and
D. H.
Froula
,
Phys. Rev. Lett.
120
,
135005
(
2018
).
20.
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
).
21.
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
).
22.
D. H.
Froula
,
D. T.
Michel
,
I. V.
Igumenshchev
,
S. X.
Hu
,
B.
Yaakobi
,
J. F.
Myatt
,
D. H.
Edgell
,
R.
Follet
,
V. Y.
Gleboc
, and
V. N.
Goncharov
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
54
,
124016
(
2012
).
23.
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
).
24.
R. K.
Follet
,
D. H.
Edgell
,
R. J.
Henchen
,
S. X.
Hu
,
J.
Katz
,
D. T.
Michel
,
J. F.
Myatt
,
J.
Shaw
, and
D. H.
Froula
,
Phys. Rev. E
91
,
031104(R)
(
2015
).
25.
W.
Seka
,
J. F.
Myatt
,
R. W.
Short
,
D. H.
Froula
,
J.
Katz
,
V. N.
Goncharov
, and
I. V.
Igumenschev
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
145001
(
2014
).
26.
B.
Yaakobi
,
P. Y.
Chang
,
A.
Solodov
,
C.
Stoeckl
,
D. H.
Edgell
,
R. S.
Craxton
,
S. X.
Hu
,
J. F.
Myatt
,
F. J.
Marshall
,
W.
Seka
, and
D. H.
Froula
,
Phys. Plasmas
19
,
012704
(
2012
).
27.
R. K.
Follett
,
J. G.
Shaw
,
J. F.
Myatt
,
H.
Wen
,
D. H.
Froula
, and
J. P.
Palastro
,
Phys. Plasmas
28
,
032103
(
2021
).
28.
C.
Stoeckl
,
V. Y.
Glebov
,
D. D.
Meyerhofer
,
W.
Seka
,
B.
Yaakobi
,
R. P. J.
Town
, and
J. D.
Zuegel
,
Rev. Sci. Instrum.
72
,
1197
(
2001
).
29.
M.
Hohenberger
,
F.
Albert
,
N. E.
Palmer
,
J. J.
Lee
,
T.
Toppner
,
L.
Divol
,
E. L.
Dewald
,
B.
Bachmann
,
A. G.
MacPhee
,
G.
Lacaille
,
D. K.
Bradley
, and
C.
Stoeckl
,
Rev. Sci. Instrum.
85
,
11D501
(
2014
).
30.
V. A.
Smalyuk
,
D.
Shvarts
,
R.
Betti
,
J. A.
Delettrez
,
D. H.
Edgell
,
V. Y.
Glebov
,
V. N.
Goncharov
,
R. K.
McCrory
,
D. D.
Meyerhofer
 et al,
Phys. Rev. Lett.
100
,
185005
(
2008
).
31.
R. L.
McCrory
,
D. D.
Meyerhofer
,
R.
Betti
,
R. S.
Craxton
,
J. A.
Delettrez
,
D. H.
Edgell
,
V. Y.
Glebov
,
V. N.
Goncharov
,
D. R.
Harding
,
D. W.
Jacobs-Perkins
 et al,
Phys. Plasmas
15
,
055503
(
2008
).
32.
V. A.
Smalyuk
,
R.
Betti
,
T. R.
Boehly
,
R. S.
Craxton
,
J. A.
Delettrez
,
D. H.
Edgell
,
V. Y.
Glebov
,
V. N.
Gonachrov
,
D. R.
Harding
,
S. X.
Hu
 et al,
Phys. Plasmas
16
,
056301
(
2009
).
33.
R. K.
Follett
,
J. A.
Delettrez
,
D. H.
Edgell
,
V. N.
Goncharov
,
R. J.
Henchen
,
J.
Katz
,
D. T.
Michel
,
J. F.
Myatt
,
J.
Shaw
,
A. A.
Solodov
 et al,
Phys. Rev. Lett.
116
,
155002
(
2016
).
34.
V.
Goncharov
,
T. C.
Sangster
,
R.
Betti
,
T. R.
Boehly
,
M. J.
Bonino
,
T. J. B.
Collins
,
R. S.
Craxton
,
J. A.
Delettrez
,
D. H.
Edgell
,
R.
Epstein
 et al,
Phys. Plasmas
21
,
056315
(
2014
).
35.
B.
Yaakobi
,
C.
Stoeckl
,
T.
Boehly
,
D. D.
Meyerhofer
, and
W.
Seka
,
Phys. Plasmas
7
,
3714
(
2000
).
36.
B.
Yaakobi
,
C.
Stoeckl
,
W.
Seka
,
J. A.
Delettrez
,
T. C.
Sangster
, and
D. D.
Meyerhofer
,
Phys. Plasmas
12
,
062703
(
2005
).
37.
C.
Stoeckl
,
W.
Theobald
,
S. P.
Regan
, and
M. H.
Romanofsky
,
Rev. Sci. Instrum.
87
,
11E323
(
2016
).
38.
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
).
39.
M.
Stoeckl
and
A. A.
Solodov
,
Rev. Sci. Instrum.
89
,
063101
(
2018
).
40.
E. M.
Campbell
and
W. J.
Hogan
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
41
,
B39
B56
(
1999
).
41.
M. J.
Rosenberg
,
A. A.
Solodov
,
J. F.
Myatt
,
W.
Seka
,
P.
Michel
,
M.
Hohenberger
,
R. W.
Short
,
R.
Epstein
,
S. P.
Regan
,
E. M.
Campbell
 et al,
Phys. Rev. Lett.
120
,
055001
(
2018
).
42.
M. J.
Rosenberg
,
A. A.
Solodov
,
W.
Seka
,
R. K.
Follett
,
J. F.
Myatt
,
A. V.
Maximov
,
C.
Ren
,
S.
Cao
,
P.
Michel
,
M.
Hohenberger
,
J. P.
Palastro
 et al,
Phys. Plasmas
27
,
042705
(
2020
).
43.
A.
Solodov
,
M. J.
Rosenberg
,
W.
Seka
,
J. F.
Myatt
,
M.
Hohenberger
,
R.
Epstein
,
C.
Stoeckl
,
R. W.
Short
,
S. P.
Regan
,
P.
Michel
,
T.
Chapman
 et al,
Phys. Plasmas
27
,
052706
(
2020
).
44.
J.
Deletrrez
,
T. J. B.
Collins
, and
C.
Ye
,
Phys. Plasmas
26
,
062705
(
2019
).
45.
B.
Yaakobi
,
O. V.
Gotchev
,
R.
Betti
, and
C.
Stoeckl
,
Phys. Plasmas
16
,
102703
(
2009
).
46.
B.
Yaakobi
,
A.
Solodov
,
J. F.
Myatt
,
J. A.
Delettrez
,
C.
Stoeckl
, and
D. H.
Froula
,
Phys. Plasmas
20
,
092706
(
2013
).
47.
J. R.
Rygg
,
F. H.
Seguin
,
C. K.
Li
,
J. A.
Frenje
,
M. J.
Manuel
,
R. D.
Petrasso
,
R.
Betti
,
J. A.
Delettrez
,
O. V.
Gotchev
,
J. P.
Knaur
 et al,
Science
319
(
5867
),
1223
1225
(
2008
).
48.
A. R.
Christopherson
,
R.
Betti
,
C. J.
Forrest
,
J.
Howard
,
W.
Theobald
,
J. A.
Delettrez
,
M. J.
Rosenberg
,
A. A.
Solodov
,
C.
Stoeckl
,
D.
Patel
 et al,
Phys. Rev. Lett.
127
,
055001
(
2021
).
49.
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
 et al,
Phys. Rev. Lett.
117
,
025001
(
2016
).
50.
M.
Stoeckl
and
A. A.
Solodov
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
931
,
162
171
(
2019
).
51.
J.
Trela
,
W.
Theobald
,
K. S.
Anderson
,
D.
Batani
,
R.
Betti
,
A.
Casner
,
J. A.
Delettrez
,
J. A.
Frenje
,
V. Y.
Glebov
,
X.
Ribeyre
 et al,
Phys. Plasmas
25
,
052707
(
2018
).
52.
S.
Skupsky
,
R. W.
Short
,
T.
Kessler
,
R. S.
Craxton
,
S.
Letzring
, and
J. M.
Soures
,
J. Appl. Phys.
66
,
3456
(
1989
).
53.
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
).
54.
Y.
Lin
,
T. J.
Kessler
, and
G. N.
Lawrence
,
Opt. Lett.
20
,
764
(
1995
).
55.
J.
Delettrez
,
R.
Epstein
,
M. C.
Richardson
,
P. A.
Jaanimagi
, and
B. L.
Henke
,
Phys. Rev. A
36
,
3926
(
1987
).
56.
V.
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. Y.
Glebov
 et al,
Phys. Plasmas
15
,
056310
(
2008
).
57.
I. V.
Igumenshchev
,
D. H.
Edgell
,
V. N.
Goncharov
,
J. A.
Delettrez
,
A. V.
Maximon
,
J. F.
Myatt
,
W.
Seka
,
A.
Shvydky
,
S.
Skupsky
, and
C.
Stoeckl
,
Phys. Plasmas
17
,
122708
(
2010
).
58.
S. X.
Hu
,
L. A.
Collins
,
V. N.
Goncharov
,
J. D.
Kress
,
R. L.
McCrory
, and
S.
Skupsky
,
Phys. Rev. E
92
,
043104
(
2015
).
59.
A. A.
Solodov
and
R.
Betti
,
Phys. Plasmas
15
,
042707
(
2008
).
60.
S. M.
Seltzer
and
M.
Berger
,
J. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B
12
,
95
(
1985
).
61.
J. S.
Jacquez
,
E. L.
Alfonso
,
A.
Nikroo
, and
A. L.
Greenwood
,
Fusion Sci. Technol.
51
(
4
),
688
(
2007
).
62.
C.
Shuldberg
,
M. E.
Schoff
,
H.
Xu
,
N. L.
Alfonso
,
E.
Castillo
,
J. W.
Crippen
,
M. L.
Hoppe
, and
M. P.
Farrell
,
Fusion Sci. Technol.
70
(
2
),
164
(
2017
).
63.
W.
Seka
,
D. H.
Edgell
,
J. P.
Knaur
,
J. F.
Myatt
,
A. V.
Maximov
,
R. W.
Short
,
T. C.
Sangster
,
C.
Stoeckl
,
R. E.
Bahr
,
R. S.
Craxton
 et al,
Phys. Plasmas
15
,
056312
(
2008
).
64.
N.
Sinenian
,
A. B.
Zylstra
,
M. J.
Manuel
,
H. G.
Rinderknecht
,
J. A.
Frenje
,
F. H.
Seguin
,
C. K.
Li
,
R. D.
Petrasso
,
V. N.
Goncharov
,
J.
Delettrez
 et al,
Appl. Phys. Lett.
101
,
114102
(
2012
).
65.
M. G.
Johnson
,
J. A.
Frenje
,
D. T.
Casey
,
C. K.
Li
,
F. H.
Seguin
,
R.
Petrasso
,
A.
Ashabranner
,
R. M.
Bionta
,
D. L.
Bleuel
,
E. J.
Bond
 et al,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10D308
(
2012
).
66.
C. J.
Forrest
,
P. B.
Radha
,
V. Y.
Glebov
,
V. N.
Goncharov
,
J. P.
Knauer
,
A.
Pruyne
,
M.
Romanofsky
,
T. C.
Sangster
,
M. J.
Shoup
 III
,
C.
Stoeckl
 et al,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10D919
(
2012
).
67.
W.
Theobald
,
D.
Cao
,
R. C.
Shah
,
C. A.
Thomas
,
I. V.
Igumenschev
,
K. A.
Bauer
,
R.
Betti
,
M. J.
Bonino
,
E. M.
Campbell
,
A. R.
Christopherson
 et al,
Phys. Plasmas
29
,
012705
(
2022
).
68.
V.
Gopalaswamy
,
R.
Betti
,
J. P.
Knauer
,
N.
Luciani
,
D.
Patel
,
K. M.
Woo
,
A.
Bose
,
I. V.
Igumenshchev
,
E. M.
Campbell
,
K. S.
Anderson
,
K. A.
Bauer
 et al,
Nature
565
,
581
586
(
2019
).
69.
M. M.
Basko
and
J.
Meyer-ter-vehn
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
244502
(
2002
).
70.
A.
Solodov
,
M. J.
Rosenberg
,
M.
Stoeckl
,
A. R.
Christopherson
,
R.
Betti
,
P. B.
Radha
,
C.
Stoeckl
,
M.
Hohenberger
,
B.
Bachmann
,
R.
Epstein
 et al,
Phys. Rev. E
106
,
055204
(
2022
).
You do not currently have access to this content.