Double shell targets are a promising potential avenue to obtain robust neutron yield at current laser facilities. Similar to single shell designs, double shells require the symmetric implosion of an ablator in order to uniformly compress and heat a fuel volume, with the goal of achieving thermonuclear burn. Significant differences between double and single shells include the usage of an aluminum ablator as well as a reverse ramp laser pulse. In addition, double shells require a different convergence than single shells for fuel ignition. Numerical implosion studies at various energies with comparisons to experimental outcomes are required to gain confidence that simulations can capture the ablator shape from subscale to full scale. The current work builds on previous implosion experiments conducted at 1-MJ laser energy to confirm achieved ablator symmetry at 1.25 and 1.5 MJ. Average ablator P2 and P4 shapes measured in these experiments are within 5% of the simulated shape, which merits the platforms for further experimental studies.

This work provides a numerical study of how double shell capsule deformations caused by drive asymmetries and fabrication imperfections affect implosion symmetry and neutron yield. Hydrodynamics simulations are performed in two dimensions and focus on low-mode deformations that are caused by corresponding asymmetries in the Hohlraum drive, component offsets, and ablator joint gaps. By providing a parameter study of these features, our goal is to understand the dominant sources for inner shell deformation and yield degradation. The discussed capsules are composed of an aluminum ablator with a chromium inner shell. The latter encloses a carbon-deuterium foam ball that serves as fuel. We find that for clean capsules, even-numbered low-mode asymmetries in the drive are imprinted on the ablator and smoothly transferred to the inner shell during shell collision. The resulting deformation of the inner shell is more pronounced with larger fuel radius, while the yield is inversely proportional to the amplitude of the drive asymmetry and varies by factors ≤4 in comparison with clean simulations. Capsule component offsets in the vertical direction and ablator thickness nonuniformity result in p1-type deformations of the imploding inner shell. Finally, joint gaps have the largest effect in deforming the ablator and inner shell and degrading yield. While small gap widths (1 μm) result in prolate inner shells, larger gap widths (4 μm) cause an oblate deformation. More importantly, capsules with a small outer gap (1 μm) experience a dramatic drop in yield, typically <3% of a clean simulation.

When stellar radiation interacts with a molecular cloud, the cloud's fate depends on the strength of the incident radiation and the radiation's mean-free-path within the cloud [F. Bertoldi, Astrophys. J. 346, 735–755 (1989)]. Under the right conditions, the radiation compresses the cloud and a star formation may occur. Where and when the stellar formation occurs in the cloud's collapse are open questions. Direct observation of the complete star–cloud lifecycle is nearly impossible due to the immense timescales and distances over which the interaction occurs. Laboratory astrophysics offers a way to investigate such a system by scaling the important astrophysical parameters to the laboratory. This work describes laboratory experiments to study the radiation-driven implosion of clouds, using x rays from a laser-irradiated, thin, gold foil as a surrogate star and a carbon-foam sphere as a surrogate cloud. An optically thick system, theoretically corresponding to a star-forming regime, was selected by choice of the foam density. Gold foil and sphere motions were imaged by x-ray radiography. Radiographic images show the formation of an interface between rarefied gold and carbon plasmas, a shock moving into the sphere, and a blunting of the initial sphere's shape. Measurements show that the shock moved linearly around 64 μm/ns into the sphere, and the gold–carbon interface formed by 2 ns at the sphere edge remained stationary. The deformation of the sphere was driven by the incident radiation and not by mechanical pressures applied by gold plasma. The blunting of the sphere was likely due to the geometric reduction of flux near the sphere's poles. Higher x-ray flux near the sphere's equator caused high compression and a faster shock, which flattened the sphere. We will discuss the results and implications of our observations.