High Power Laser Science and Engineering, Volume. 12, Issue 1, 010000e2(2024)

Detailed characterization of kHz-rate laser-driven fusion at a thin liquid sheet with a neutron detection suite On the Cover

Benjamin M. Knight1, Connor M. Gautam1, Colton R. Stoner1, Bryan V. Egner1, Joseph R. Smith2, Chris M. Orban3, Juan J. Manfredi1, Kyle D. Frische1, Michael L. Dexter1, Enam A. Chowdhury3,4,5, and Anil K. Patnaik1、*
Author Affiliations
  • 1Department of Engineering Physics, Air Force Institute of Technology, WPAFB, OH, USA
  • 2Physics Department, Marietta College, Marietta, OH, USA
  • 3Department of Physics, The Ohio State University, Columbus, OH, USA
  • 4Department of Materials Science and Engineering, and Department of Electrical and Computer Science, The Ohio State University, Columbus, OH, USA
  • 5Intense Energy Solutions, LLC, Plain City, OH, USA
  • show less
    References(54)

    [1] M. Zimmer, S. Scheuren, A. Kleinschmidt, N. Mitura, A. Tebartz, G. Schaumann, T. Abel, T. Ebert, M. Hesse, Ş. Zähter, S. C. Vogel, O. Merle, R.-J. Ahlers, S. D. Pinto, M. Peschke, T. Kröll, V. Bagnoud, C. Rödel, M. Roth. Nat. Commun., 13, 1173(2022).

    [2] G. MacGillivray. Proc. SPIE, 4142, 48(2000).

    [3] M. R. Heath, B. Canion, L. Fabris, I. Garishvili, A. Glenn, J. U. Hausladen, P. Hausladen, D. Lee, S. McConchie, L. Nakae, J. Newby, R. Wurtz. IEEE Trans. Nuclear Sci., 69, 1352(2022).

    [4] J. L. Jones, D. R. Norman, K. J. Haskell, J. W. Sterbentz, W. Y. Yoon, S. M. Watson, J. T. Johnson, J. M. Zabriskie, B. D. Bennett, R. W. Watson, C. E. Moss, J. F. Harmon. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, 562, 1085(2006).

    [5] A. Buffler. Radiat. Phys. Chem., 71, 853(2004).

    [6] V. N. Kononov, M. V. Bokhovko, O. E. Kononov, N. A. Soloviev, W. T. Chu, D. Nigg. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, 564, 525(2006).

    [7] G. Pretzler, A. Saemann, A. Pukhov, D. Rudolph, T. Schätz, U. Schramm, P. Thirolf, D. Habs, K. Eidmann, G. D. Tsakiris, J. M. Vehn, K. J. Witte. Phys. Rev. E, 58, 1165(1998).

    [8] P. A. Norreys, A. P. Fews, F. N. Beg, A. R. Bell, A. E. Dangor, P. Lee, M. B. Nelson, H. Schmidt, M. Tatarakis, M. D. Cable. Plasma Phys. Control. Fusion, 40, 175(1998).

    [9] T. Ditmire, J. Zweiback, V. P. Yanovsky, T. E. Cowan, G. Hays, K. B. Wharton. Nature, 398, 489(1999).

    [10] L. Disdier, J.-P. Garçonnet, G. Malka, J.-L. Miquel. Phys. Rev. Lett., 82, 1454(1999).

    [11] A. Youssef, R. Kodama, H. Habara, K. A. Tanaka, Y. Sentoku, M. Tampo, Y. Toyama. Phys. Plasmas, 12, 110703(2005).

    [12] D. P. Higginson, J. M. McNaney, D. C. Swift, G. M. Petrov, J. Davis, J. A. Frenje, L. C. Jarrott, R. Kodama, K. L. Lancaster, A. J. MacKinnon, H. Nakamura, P. K. Patel, G. Tynan, F. N. Beg. Phys. Plasmas, 18, 100703(2011).

    [13] L. Willingale, G. M. Petrov, A. Maksimchuk, J. Davis, R. R. Freeman, A. S. Joglekar, T. Matsuoka, C. D. Murphy, V. M. Ovchinnikov, A. G. R. Thomas, L. Van Woerkom, K. Krushelnick. Phys. Plasmas, 18, 083106(2011).

    [14] M. Storm, S. Jiang, D. Wertepny, C. Orban, J. Morrison, C. Willis, E. McCary, P. Balencourt, J. Snyder, E. Chowdhury, W. Bang, E. Gaul, G. Dyer, T. Ditmire, R. R. Freeman, K. Akli. Phys. Plasmas, 20, 053106(2013).

    [15] P. Lvovich, L. Joshua, C. Huerstel, R. Christopher, J. Carlos, D. Cort, R. Cameron, C. Eric, R. Philip, N. Guler, P. Volegov, A. Favalli, F. E. Merrill, K. Falk, D. Jung, J. L. Tybo, C. H. Wilde, S. Croft. J. Appl. Phys., 120, 154901(2016).

    [16] A. Curtis, C. Calvi, J. Tinsley, R. Hollinger, V. Kaymak, A. Pukhov, S. Wang, A. Rockwood, Y. Wang, V. N. Shlyaptsev, J. J. Rocca. Nat. Commun., 9, 1077(2018).

    [17] A. Alejo, H. Ahmed, A. G. Krygier, R. Clarke, R. R. Freeman, J. Fuchs, A. Green, J. S. Green, D. Jung, A. Kleinschmidt, J. T. Morrison, Z. Najmudin, H. Nakamura, P. Norreys, M. Notley, M. Oliver, M. Roth, L. Vassura, M. Zepf, M. Borghesi, S. Kar. Phys. Rev. Lett., 129, 114801(2022).

    [18] M. Roth, D. Jung, K. Falk, N. Guler, O. Deppert, M. Devlin, A. Favalli, J. Fernandez, D. Gautier, M. Geissel, R. Haight, C. E. Hamilton, B. M. Hegelich, R. P. Johnson, F. Merrill, G. Schaumann, K. Schoenberg, M. Schollmeier, T. Shimada, T. Taddeucci, J. L. Tybo, F. Wagner, S. A. Wender, C. H. Wilde, G. A. Wurden. Phys. Rev. Lett., 110, 044802(2013).

    [19] J. Davis, G. M. Petrov, T. Petrova, L. Willingale, A. Maksimchuk, K. Krushelnick. Plasma Phys. Control. Fusion, 52, 45015(2010).

    [20] N. G. Cutmore, Y. Liu, J. R. Tickner. IEEE International Conference on Technologies for Homeland Security, HST 2010, 330(2010).

    [21] O. Komeda, Y. Nishimura, Y. Mori, R. Hanayama, K. Ishii, S. Nakayama, Y. Kitagawa, T. Sekine, N. Sato, T. Kurita, T. Kawashima, H. Kan, N. Nakamura, T. Kondo, M. Fujine, H. Azuma, T. Motohiro, T. Hioki, M. Kakeno, A. Sunahara, Y. Sentoku, E. Miura. Sci. Rep., 3, 2561(2013).

    [22] J. Hah, G. M. Petrov, J. A. Nees, Z.-H. He, M. D. Hammig, K. Krushelnick, A. G. R. Thomas. Appl. Phys. Lett., 109, 144102(2016).

    [23] J. Hah, J. A. Nees, M. D. Hammig, K. Krushelnick, A. G. R. Thomas. Plasma Phys. Control. Fusion, 60, 054011(2018).

    [24] S. A. Pozzi, M. M. Bourne, S. D. Clarke. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, 723, 19(2013).

    [25] M. A. Buckner, R. A. Noulty, T. Cousins. Radiat. Protect. Dosimetry, 55, 23(1994).

    [26] F. Vanhavere, M. Loos, H. Thierens. Radiat. Protect. Dosimetry, 85, 27(1999).

    [27] M. B. Smith, H. R. Andrews, H. Ing, M. R. Koslowsky. Radiat. Protect. Dosimetry, 164, 203(2014).

    [28] K. M. George, J. T. Morrison, S. Feister, G. K. Ngirmang, J. R. Smith, A. J. Klim, J. Snyder, D. Austin, W. Erbsen, K. D. Frische, J. Nees, C. Orban, E. A. Chowdhury, W. M. Roquemore. High Power Laser Sci. Eng., 7, e50(2019).

    [29] J. T. Morrison, S. Feister, K. D. Frische, D. R. Austin, G. K. Ngirmang, N. R. Murphy, C. Orban, E. A. Chowdhury, W. M. Roquemore. New J. Phys., 20, 022001(2018).

    [30] J. Snyder, J. Morrison, S. Feister, K. Frische, K. George, M. Le, C. Orban, G. Ngirmang, E. Chowdhury, W. Roquemore. Sci. Rep., 10, 18245(2020).

    [31] S. Feister, J. A. Nees, J. T. Morrison, K. D. Frische, C. Orban, E. A. Chowdhury, W. M. Roquemore. Rev. Sci. Instrum., 85, 11D602(2014).

    [32] G. K. Ngirmang, J. T. Morrison, K. M. George, J. R. Smith, K. D. Frische, C. Orban, E. A. Chowdhury, W. M. Roquemore. Sci. Rep., 10, 9872(2020).

    [33] S. P. Hatchett, C. G. Brown, T. E. Cowan, E. A. Henry, J. S. Johnson, M. H. Key, J. A. Koch, A. B. Langdon, B. F. Lasinski, R. W. Lee, A. J. Mackinnon, D. M. Pennington, M. D. Perry, T. W. Phillips, M. Roth, T. C. Sangster, M. S. Singh, R. A. Snavely, M. A. Stoyer, S. C. Wilks, K. Yasuike. Phys. Plasmas, 7(2000).

    [34] J. T. Morrison, M. Storm, E. Chowdhury, K. U. Akli, S. Feldman, C. Willis, R. L. Daskalova, T. Growden, P. Berger, T. Ditmire, L. Van Woerkom, R. R. Freeman. Phys. Plasmas, 19, 17(2012).

    [35] R. T. Kouzes, J. R. Ely, A. T. Lintereur, D. L. Stephens. Neutron detector gamma insensitivity criteria(2009).

    [36] G. Mauri, F. Messi, K. Kanaki, R. Hall-Wilton, F. Piscitelli. EPJ Techn. Instrument., 6, 3(2019).

    [37] L. Stevanato, D. Cester, G. Nebbia, G. Viesti. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, 690, 96(2012).

    [38] J. Allison, K. Amako, J. Apostolakis, H. Araujo, P. A. Dubois, M. Asai, G. Barrand, R. Capra, S. Chauvie, R. Chytracek, G. A. P. Cirrone, G. Cooperman, G. Cosmo, G. Cuttone, G. G. Daquino, M. Donszelmann, M. Dressel, G. Folger, F. Foppiano, J. Generowicz, V. Grichine, S. Guatelli, P. Gumplinger, A. Heikkinen, I. Hrivnacova, A. Howard, S. Incerti, V. Ivanchenko, T. Johnson, F. Jones, T. Koi, R. Kokoulin, M. Kossov, H. Kurashige, V. Lara, S. Larsson, F. Lei, O. Link, F. Longo, M. Maire, A. Mantero, B. Mascialino, I. McLaren, P. M. Lorenzo, K. Minamimoto, K. Murakami, P. Nieminen, L. Pandola, S. Parlati, L. Peralta, J. Perl, A. Pfeiffer, M. G. Pia, A. Ribon, P. Rodrigues, G. Russo, S. Sadilov, G. Santin, T. Sasaki, D. Smith, N. Starkov, S. Tanaka, E. Tcherniaev, B. Tome, A. Trindade, P. Truscott, L. Urban, M. Verderi, A. Walkden, J. P. Wellisch, D. C. Williams, D. Wright, H. Yoshida. IEEE Trans. Nucl. Sci., 53, 270(2006).

    [39] L. Swiderski, M. Moszyński, W. Czarnacki, J. Iwanowska, A. Syntfeld-Każuch, T. Szczęśniak, G. Pausch, C. Plettner, K. Roemer. Radiat. Measurem, 45, 605(2010).

    [40] G. Dietze, H. Klein. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., 193, 549(1982).

    [41] T. A. Laplace, B. L. Goldblum, J. A. Brown, J. J. Manfredi. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, 959, 163485(2020).

    [42] B. J. Lewis, M. B. Smith, H. Ing, H. R. Andrews, R. Machrafi, L. Tomi, T. J. Matthews, L. Veloce, V. Shurshakov, I. Tchernykh, N. Khoshooniy. Radiat. Protect. Dosimetry, 150, 1(2011).

    [43] H. N. Tran, A. Marchix, A. Letourneau, J. Darpentigny, A. Menelle, F. Ott, J. Schwindling, N. Chauvin. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, 893, 84(2018).

    [44] H. Bai, Z. Wang, L. Zhang, Y. Lu, H. Jiang, J. Chen, G. Zhang. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, 863, 47(2017).

    [45] J. A. Brown, B. L. Goldblum, T. A. Laplace, K. P. Harrig, L. A. Bernstein, D. L. Bleuel, W. Younes, D. Reyna, E. Brubaker, P. Marleau. J. Appl. Phys., 124, 045101(2018).

    [46] B. V. Egner, M. Febbraro, D. E. Holland, J. E. Bevins. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, 1047, 167713(2023).

    [47] L. Fedeli, A. Huebl, F. Boillod-Cerneux, T. Clark, K. Gott, C. Hillairet, S. Jaure, A. Leblanc, R. Lehe, A. Myers, C. Piechurski, M. Sato, N. Zaim, W. Zhang, J. Vay, H. Vincenti. SC22: International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis, 25(2022).

    [48] D. P. Higginson, A. Link, A. Schmidt. J. Comput. Phys., 388, 439(2019).

    [49] P. Mora. Phys. Rev. Lett., 90, 185002(2003).

    [50] F. Brunel. Phys. Rev. Lett., 59, 52(1987).

    [51] X. Jiao, C. B. Curry, M. Gauthier, H.-G. J. Chou, F. Fiuza, J. B. Kim, D. D. Phan, E. McCary, E. C. Galtier, G. M. Dyer, B. K. Ofori-Okai, L. Labun, O. Z. Labun, C. Schoenwaelder, R. Roycroft, G. Tiwari, G. D. Glenn, F. Treffert, S. H. Glenzer, B. M. Hegelich. Front. Phys., 10, 964696(2023).

    [52] J. T. Morrison, E. A. Chowdhury, K. D. Frische, S. Feister, V. M. Ovchinnikov, J. A. Nees, C. Orban, R. R. Freeman, W. M. Roquemore. Phys. Plasmas, 22, 043101(2015).

    [53] S. Feister, D. R. Austin, J. T. Morrison, K. D. Frische, C. Orban, G. Ngirmang, A. Handler, J. R. H. Smith, M. Schillaci, J. A. LaVerne, E. A. Chowdhury, R. R. Freeman, W. M. Roquemore. Opt. Express, 25, 18736(2017).

    Tools

    Get Citation

    Copy Citation Text

    Benjamin M. Knight, Connor M. Gautam, Colton R. Stoner, Bryan V. Egner, Joseph R. Smith, Chris M. Orban, Juan J. Manfredi, Kyle D. Frische, Michael L. Dexter, Enam A. Chowdhury, Anil K. Patnaik. Detailed characterization of kHz-rate laser-driven fusion at a thin liquid sheet with a neutron detection suite[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2024, 12(1): 010000e2

    Download Citation

    EndNote(RIS)BibTexPlain Text
    Save article for my favorites
    Paper Information

    Special Issue:

    Received: Jul. 14, 2023

    Accepted: Nov. 6, 2023

    Published Online: Jan. 29, 2024

    The Author Email: Anil K. Patnaik (Anil.Patnaik@afit.edu)

    DOI:10.1017/hpl.2023.84

    Topics