We report a technique of proton deflectometry that uses a grid and an in situ reference x-ray grid image for precise measurements of magnetic fields in high-energy-density plasmas. A D3He fusion implosion provides a bright point source of both protons and x-rays, which is split into beamlets by a grid. The protons undergo deflections as they propagate through the plasma region of interest, whereas the x-rays travel along straight lines. The x-ray image, therefore, provides a zero-deflection reference image. The line-integrated magnetic fields are inferred from the shifts of beamlets between the deflected (proton) and reference (x-ray) images. We developed a system for analysis of these data, including automatic algorithms to find beamlet locations and to calculate their deflections from the reference image. The technique is verified in an experiment performed at OMEGA to measure a nonuniform magnetic field in vacuum and then applied to observe the interaction of an expanding plasma plume with the magnetic field.

1.
C. K.
Li
,
F. H.
Séguin
,
J. A.
Frenje
,
J. R.
Rygg
,
R. D.
Petrasso
,
R. P. J.
Town
,
P. A.
Amendt
,
S. P.
Hatchett
,
O. L.
Landen
,
A. J.
Mackinnon
,
P. K.
Patel
,
V. A.
Smalyuk
,
T. C.
Sangster
, and
J. P.
Knauer
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
135003
(
2006
).
2.
R. D.
Petrasso
,
C. K.
Li
,
F. H.
Seguin
,
J. R.
Rygg
,
J. A.
Frenje
,
R.
Betti
,
J. P.
Knauer
,
D. D.
Meyerhofer
,
P. A.
Amendt
,
D. H.
Froula
,
O. L.
Landen
,
P. K.
Patel
,
J. S.
Ross
, and
R. P. J.
Town
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
085001
(
2009
).
3.
M. A.
Yates
,
D. B.
van Hulsteyn
,
H.
Rutkowski
,
G.
Kyrala
, and
J. U.
Brackbill
,
Phys. Rev. Lett.
49
,
1702
(
1982
).
4.
W.
Fox
,
G.
Fiksel
,
A.
Bhattacharjee
,
P.-Y.
Chang
,
K.
Germaschewski
,
S. X.
Hu
, and
P. M.
Nilson
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
225002
(
2013
).
5.
C. M.
Huntington
,
F.
Fiuza
,
J. S.
Ross
,
A. B.
Zylstra
,
R. P.
Drake
,
D. H.
Froula
,
G.
Gregori
,
N. L.
Kugland
,
C. C.
Kuranz
,
M. C.
Levy
,
C. K.
Li
,
J.
Meinecke
,
T.
Morita
,
R.
Petrasso
,
C.
Plechaty
,
B. A.
Remington
,
D. D.
Ryutov
,
Y.
Sakawa
,
A.
Spitkovsky
,
H.
Takabe
, and
H.-S.
Park
,
Nat. Phys.
11
,
173
(
2015
).
6.
J. R.
Rygg
,
F. H.
Séguin
,
C. K.
Li
,
J. A.
Frenje
,
M. J.-E.
Manuel
,
R. D.
Petrasso
,
R.
Betti
,
J. A.
Delettrez
,
O. V.
Gotchev
,
J. P.
Knauer
,
D. D.
Meyerhofer
,
F. J.
Marshall
,
C.
Stoeckl
, and
W.
Theobald
,
Science
319
,
1223
(
2008
).
7.
S. H.
Glenzer
,
W. E.
Alley
,
K. G.
Estabrook
,
J. S.
De Groot
,
M. G.
Haines
,
J. H.
Hammer
,
J.-P.
Jadaud
,
B. J.
MacGowan
,
J. D.
Moody
,
W.
Rozmus
,
L. J.
Suter
,
T. L.
Weiland
, and
E. A.
Williams
,
Phys. Plasmas
6
,
2117
(
1999
).
8.
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
).
9.
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
).
10.
P. M.
Nilson
,
L.
Willingale
,
M. C.
Kaluza
,
C.
Kamperidis
,
S.
Minardi
,
M. S.
Wei
,
P.
Fernandes
,
M.
Notley
,
S.
Bandyopadhyay
,
M.
Sherlock
,
R. J.
Kingham
,
M.
Tatarakis
,
Z.
Najmudin
,
W.
Rozmus
,
R. G.
Evans
,
M. G.
Haines
,
A. E.
Dangor
, and
K.
Krushelnick
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
255001
(
2006
).
11.
C. K.
Li
,
F. H.
Séguin
,
J. A.
Frenje
,
J. R.
Rygg
,
R. D.
Petrasso
,
R. P. J.
Town
,
O. L.
Landen
,
J. P.
Knauer
, and
V. A.
Smalyuk
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
055001
(
2007
).
12.
G.
Fiksel
,
W.
Fox
,
A.
Bhattacharjee
,
D. H.
Barnak
,
P.-Y.
Chang
,
K.
Germaschewski
,
S. X.
Hu
, and
P. M.
Nilson
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
105003
(
2014
).
13.
M. J.
Rosenberg
,
C. K.
Li
,
W.
Fox
,
A. B.
Zylstra
,
C.
Stoeckl
,
F. H.
Séguin
,
J. A.
Frenje
, and
R. D.
Petrasso
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
205004
(
2015
).
14.
D. B.
Schaeffer
,
W.
Fox
,
D.
Haberberger
,
G.
Fiksel
,
A.
Bhattacharjee
,
D. H.
Barnak
,
S. X.
Hu
, and
K.
Germaschewski
,
Phys. Rev. Lett.
119
,
025001
(
2017
).
15.
D.
Schaeffer
,
W.
Fox
,
R.
Follett
,
G.
Fiksel
,
C.
Li
,
J.
Matteucci
,
A.
Bhattacharjee
, and
K.
Germaschewski
,
Phys. Rev. Lett.
122
,
245001
(
2019
).
16.
L.
Willingale
,
A. G. R.
Thomas
,
P. M.
Nilson
,
M. C.
Kaluza
,
S.
Bandyopadhyay
,
A. E.
Dangor
,
R. G.
Evans
,
P.
Fernandes
,
M. G.
Haines
,
C.
Kamperidis
,
R. J.
Kingham
,
S.
Minardi
,
M.
Notley
,
C. P.
Ridgers
,
W.
Rozmus
,
M.
Sherlock
,
M.
Tatarakis
,
M. S.
Wei
,
Z.
Najmudin
, and
K.
Krushelnick
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
095001
(
2010
).
17.
M. J.
Rosenberg
,
C. K.
Li
,
W.
Fox
,
I.
Igumenshchev
,
F. H.
Séguin
,
R. P. J.
Town
,
J. A.
Frenje
,
C.
Stoeckl
,
V.
Glebov
, and
R. D.
Petrasso
,
Nat. Commun.
6
,
6190
(
2015
).
18.
J. R.
Rygg
,
A. B.
Zylstra
,
F. H.
Séguin
,
S.
LePape
,
B.
Bachmann
,
R. S.
Craxton
,
E. M.
Garcia
,
Y. Z.
Kong
,
M.
Gatu-Johnson
,
S. F.
Khan
,
B. J.
Lahmann
,
P. W.
McKenty
,
R. D.
Petrasso
,
H. G.
Rinderknecht
,
M. J.
Rosenberg
,
D. B.
Sayre
, and
H. W.
Sio
,
Rev. Sci. Instrum.
86
,
116104
(
2015
).
19.
P. J.
Adrian
,
J.
Frenje
,
B.
Aguirre
,
B.
Bachmann
,
A.
Birkel
,
M.
Gatu Johnson
,
N. V.
Kabadi
,
B.
Lahmann
,
C. K.
Li
,
O. M.
Mannion
,
W.
Martin
,
Z. L.
Mohamed
,
S. P.
Regan
,
H. G.
Rinderknecht
,
B.
Scheiner
,
M. J.
Schmitt
,
F. H.
Séguin
,
R. C.
Shah
,
H.
Sio
,
C.
Sorce
,
G. D.
Sutcliffe
, and
R. D.
Petrasso
,
Rev. Sci. Instrum.
92
,
043548
(
2021
).
20.
N. L.
Kugland
,
D. D.
Ryutov
,
C.
Plechaty
,
J. S.
Ross
, and
H.-S.
Park
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
101301
(
2012
).
21.
A. F. A.
Bott
,
C.
Graziani
,
P.
Tzeferacos
,
T. G.
White
,
D. Q.
Lamb
,
G.
Gregori
, and
A. A.
Schekochihin
,
J. Plasma Phys.
83
,
905830614
(
2017
).
22.
C.
Graziani
,
P.
Tzeferacos
,
D. Q.
Lamb
, and
C.
Li
,
Rev. Sci. Instrum.
88
,
123507
(
2017
).
23.
F. H.
Séguin
,
J. A.
Frenje
,
C. K.
Li
,
D. G.
Hicks
,
S.
Kurebayashi
,
J. R.
Rygg
,
B.-E.
Schwartz
,
R. D.
Petrasso
,
S.
Roberts
,
J. M.
Soures
,
D. D.
Meyerhofer
,
T. C.
Sangster
,
J. P.
Knauer
,
C.
Sorce
,
V. Y.
Glebov
,
C.
Stoeckl
,
T. W.
Phillips
,
R. J.
Leeper
,
K.
Fletcher
, and
S.
Padalino
,
Rev. Sci. Instrum.
74
,
975
(
2003
).
24.
T. R.
Boehly
,
R. S.
Craxton
,
T. H.
Hinterman
,
J. H.
Kelly
,
T. J.
Kessler
,
S. A.
Kumpan
,
S. A.
Letzring
,
R. L.
McCrory
,
S. F. B.
Morse
,
W.
Seka
,
S.
Skupsky
,
J. M.
Soures
, and
C. P.
Verdon
,
Rev. Sci. Instrum.
66
,
508
(
1995
).
25.
G.
Fiksel
,
A.
Agliata
,
D.
Barnak
,
G.
Brent
,
P.-Y.
Chang
,
L.
Folnsbee
,
G.
Gates
,
D.
Hasset
,
D.
Lonobile
,
J.
Magoon
,
D.
Mastrosimone
,
M. J.
Shoup
, and
R.
Betti
,
Rev. Sci. Instrum.
86
,
016105
(
2015
).
26.
G.
Dimonte
and
L. G.
Wiley
,
Phys. Rev. Lett.
67
,
1755
(
1991
).
27.
B. H.
Ripin
,
J. D.
Huba
,
E. A.
McLean
,
C. K.
Manka
,
T.
Peyser
,
H. R.
Burris
, and
J.
Grun
,
Phys. Fluids B
5
,
3491
(
1993
).
28.
A.
Collette
and
W.
Gekelman
,
Phys. Plasmas
18
,
055705
(
2011
).
29.
C.
Niemann
,
W.
Gekelman
,
C. G.
Constantin
,
E. T.
Everson
,
D. B.
Schaeffer
,
S. E.
Clark
,
D.
Winske
,
A. B.
Zylstra
,
P.
Pribyl
,
S. K. P.
Tripathi
,
D.
Larson
,
S. H.
Glenzer
, and
A. S.
Bondarenko
,
Phys. Plasmas
20
,
012108
(
2013
).
30.
D.
Winske
,
J. D.
Huba
,
C.
Niemann
, and
A.
Le
,
Front. Astron. Space Sci.
5
,
51
(
2019
).
31.
J. M.
Levesque
and
L. J.
Beesley
,
Rev. Sci. Instrum.
92
,
093505
(
2021
).
You do not currently have access to this content.