High repetition rate exploration of the Biermann battery effect in laser produced plasmas over large spatial regions

J. J. Pilgram; M. B. P. Adams; C. G. Constantin; P. V. Heuer; S. Ghazaryan; M. Kaloyan; R. S. Dorst; D. B. Schaeffer; P. Tzeferacos; C. Niemann

doi:10.1017/hpl.2022.2

[1] R. M. Kulsrud, E. G. Zweibel. Rep. Progr. Phys., 71, 046901(2008).

[2] R. J. Rand, S. R. Kulkarni. Astrophys. J., 343, 760(1989).

[3] R. Beck. EAS Publ. Ser., 23, 19(2007).

[4] J. L. Han, R. N. Manchester, A. G. Lyne, G. J. Qiao, W. van Straten. Astrophys. J., 642, 868(2006).

[5] E. G. Zweibel, C. Heile. Nature, 385, 131(1997).

[6] C. Heiles. Astrophys. Lett. Commun., 37, 85(1998).

[7] B. A. Remington, R. P. Drake, H. Takabe, D. Arnett. Phys. Plasmas, 7, 1641(2000).

[8] D. D. Ryutov, B. A. Remington, H. F. Robey, R. P. Drake. Phys. Plasmas, 8, 1804(2001).

[9] E. G. Zweibel. Physics, 6, 85(2013).

[10] S. Naoz, R. Narayan. Phys. Rev. Lett., 111, 051303(2013).

[11] G. Gregori, A. Ravasio, C. D. Murphy, K. Schaar, A. Baird, A. R. Bell, A. Benuzzi-Mounaix, R. Bingham, C. Constantin, R. P. Drake, M. Edwards, E. T. Everson, C. D. Gregory, Y. Kuramitsu, W. Lau, J. Mithen, C. Niemann, H.-S. Park, B. A. Remington, B. Reville, A. P. L. Robinson, D. D. Ryutov, Y. Sakawa, S. Yang, N. C. Woolsey, M. Koenig, F. Miniati. Nature, 481, 480(2012).

[12] L. Biermann. Z. Naturforschung, 5, 65(1949).

[13] J. A. Stamper, K. Papadopoulos, R. N. Sudan, S. O. Dean, E. A. McLean, J. A. Dawson. Phys. Rev. Lett., 26, 17(1971).

[14] T. Pisarczyk, S. Y. Gus'kov, R. Dudzak, T. Chodukowski, J. Dostal, N. N. Demchenko, P. Korneev, Z. Kalinowska, M. Kalal, O. Renner, M. Smid, S. Borodziuk, E. Krousky, J. Ullschmied, J. Hrebicek, T. Medrik, J. Golasowski, M. Pfeifer, J. Skala, P. Pisarczyk. Phys. Plasmas, 22, 102706(2015).

[15] A. Gopal, M. Tatarakis, F. N. Beg, E. L. Clark, A. E. Dangor, R. G. Evans, P. A. Norreys, M. S. Wei, M. Zepf, K. Krushelnick. Phys. Plasmas, 15, 122701(2008).

[16] L. L. McKee, R. S. Bird, F. Schwirzke. Phys. Rev. A, 9, 1305(1974).

[17] J. A. Stamper. Laser Particle Beams, 9, 841(1991).

[18] L. Gao, P. M. Nilson, I. V. Igumenshchev, M. G. Haines, D. H. Froula, R. Betti, D. D. Meyerhofer. Phys. Rev. Lett., 114, 215003(2015).

[19] 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, K. Krushelnick. Phys. Rev. Lett., 97, 255001(2006).

[20] G. Gregori, F. Miniati, B. Reville, R. P. Drake. EAS Publ. Series, 58, 23(2012).

[21] C. K. Li, F. H. Séguin, J. R. Rygg, J. A. Frenje, M. Manuel, R. D. Petrasso, R. Betti, J. Delettrez, J. P. Knauer, F. Marshall, D. D. Meyerhofer, D. Shvarts, V. A. Smalyuk, C. Stoeckl, O. L. Landen, R. P. J. Town, C. A. Back, J. D. Kilkenny. Phys. Rev. Lett., 100, 225001(2008).

[22] C. A. Walsh, J. P. Chittenden, K. McGlinchey, N. P. L. Niasse, B. D. Appelbe. Phys. Rev. Lett., 118, 155001(2017).

[23] P. T. Campbell, C. A. Walsh, B. K. Russell, J. P. Chittenden, A. Crilly, G. Fiksel, P. M. Nilson, A. G. R. Thomas, K. Krushelnick, L. Willingale. Phys. Rev. Lett., 125, 145001(2020).

[24] S. I. Braginskii. Rev. Plasma Phys., 1, 205(1965).

[25] R. S. Craxton, M. G. Haines. Phys. Rev. Lett., 35, 20(1975).

[26] R. S. Craxton, M. G. Haines. Plasma Phys., 20, 487(1978).

[27] A. Raven, O. Willi, P. T. Rumsby. Phys. Rev. Lett., 41, 554(1978).

[28] M. G. Haines. Canad. J. Phys., 64, 912(1986).

[29] E. A. McLean, J. A. Stamper, C. K. Manka, H. R. Griem, D. W. Droemer, B. H. Ripin. Phys. Fluids, 27, 1327(1984).

[30] R. S. Bird, L. L. McKee, F. Schwirzke, A. W. Cooper. Phys. Rev. A, 7, 1328(1973).

[31] C. B. Dane, L. E. Zapata, W. A. Neuman, M. A. Norton, L. A. Hackel. IEEE J. Quantum Electron., 31, 148(1995).

[32] E. T. Everson, P. Pribyl, C. G. Constantin, A. Zylstra, D. B. Schaeffer, N. L. Kugland, C. Niemann. Rev. Sci. Instrum., 80, 113505(2009).

[33] D. B. Schaeffer, L. R. Hofer, E. N. Knall, P. V. Heuer, C. G. Constantin, C. Niemann. High Power Laser Sci. Eng., 6, e17(2018).

[34] D. H. Froula, S. H. Glenzer, N. C. Luhmann, J. Sheffield, T. J. H. Donné. Fusion Sci. Technol., 61, 104(2012).

[35] M. Kaloyan, S. Ghazaryan, C. G. Constantin, R. S. Dorst, P. V. Heuer, J. J. Pilgram, D. B. Schaeffer, C. Niemann. Rev. Sci. Instrum., 92, 093102(2021).

[36] D. B. Schaeffer, A. S. Bondarenko, E. T. Everson, S. E. Clark, C. G. Constantin, C. Niemann. J. Appl. Phys., 120, 043301(2016).

[37] B. Fryxell, K. Olson, P. Ricker, F. X. Timmes, M. Zingale, D. Q. Lamb, P. MacNeice, R. Rosner, J. W. Truran, H. Tufo. Astrophys. J. Suppl. Ser., 131, 273(2000).

[38] D. Lee. J. Comput. Phys., 243, 269(2013).

[39] P. Tzeferacos, M. Fatenejad, N. Flocke, C. Graziani, G. Gregori, D. Q. Lamb, D. Lee, J. Meinecke, A. M. Scopatz, K. Weide. High Energy Density Phys., 17, 24(2015).

[40] M. Fatenejad, B. Fryxell, J. Wohlbier, E. Myra, D. Lamb, C. Fryer, C. Graziani. High Energy Density Phys., 9, 63(2013).

[41] C. Orban, M. Fatenejad, S. Chawla, S. C. Wilks, D. Q. Lamb. , , , , and , arXiv:1306.1584 ().(2013).

[42] J. Meinecke, H. W. Doyle, F. Miniati, A. R. Bell, R. Bingham, R. Crowston, R. P. Drake, M. Fatenejad, M. Koenig, Y. Kuramitsu, C. C. Kuranz, D. Q. Lamb, D. Lee, M. J. MacDonald, C. D. Murphy, H.-S. Park, A. Pelka, A. Ravasio, Y. Sakawa, A. A. Schekochihin, A. Scopatz, P. Tzeferacos, W. C. Wan, N. C. Woolsey, R. Yurchak, B. Reville, G. Gregori. Nat. Phys., 10, 520(2014).

[43] J. Meinecke, P. Tzeferacos, A. Bell, R. Bingham, R. Clarke, E. Churazov, R. Crowston, H. Doyle, R. P. Drake, R. Heathcote, M. Koenig, Y. Kuramitsu, C. Kuranz, D. Lee, M. MacDonald, C. Murphy, M. Notley, H.-S. Park, A. Pelka, A. Ravasio, B. Reville, Y. Sakawa, W. Wan, N. Woolsey, R. Yurchak, F. Miniati, A. Schekochihin, D. Lamb, G. Gregori. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 112, 8211(2015).

[44] C. K. Li, P. Tzeferacos, D. Lamb, G. Gregori, P. A. Norreys, M. J. Rosenberg, R. K. Follett, D. H. Froula, M. Koenig, F. H. Seguin, J. A. Frenje, H. G. Rinderknecht, H. Sio, A. B. Zylstra, R. D. Petrasso, P. A. Amendt, H. S. Park, B. A. Remington, D. D. Ryutov, S. C. Wilks, R. Betti, A. Frank, S. X. Hu, T. C. Sangster, P. Hartigan, R. P. Drake, C. C. Kuranz, S. V. Lebedev, N. C. Woolsey. Nat. Commun., 7, 13081(2016).

[45] P. Tzeferacos, A. Rigby, A. F. A. Bott, A. R. Bell, R. Bingham, A. Casner, F. Cattaneo, E. M. Churazov, J. Emig, F. Fiuza, C. B. Forest, J. Foster, C. Graziani, J. Katz, M. Koenig, C.-K. Li, J. Meinecke, R. Petrasso, H.-S. Park, B. A. Remington, J. S. Ross, D. Ryu, D. Ryutov, T. G. White, B. Reville, F. Miniati, A. A. Schekochihin, D. Q. Lamb, D. H. Froula, G. Gregori. Nat. Commun., 9, 591(2018).

[46] L. E. Chen, A. F. A. Bott, P. Tzeferacos, A. Rigby, A. Bell, R. Bingham, C. Graziani, J. Katz, M. Koenig, C. K. Li. Astrophys. J., 892, 114(2020).

[47] A. F. A. Bott, P. Tzeferacos, L. Chen, C. A. J. Palmer, A. Rigby, A. R. Bell, R. Bingham, A. Birkel, C. Graziani, D. H. Froula, J. Katz, M. Koenig, M. W. Kunz, C. Li, J. Meinecke, F. Miniati, R. Petrasso, H.-S. Park, B. A. Remington, B. Reville, J. S. Ross, D. Ryu, D. Ryu, F. H. Séguin, T. G. White, A. A. Schekochihin, D. Q. Lamb, G. Gregori. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 118, e2015729118(2021).

[48] M. Fatenejad, A. R. Bell, A. Benuzzi-Mounaix, R. Crowston, R. P. Drake, N. Flocke, G. Gregori, M. Koenig, C. Krauland, D. Lamb, D. Lee, J. R. Marques, J. Meinecke, F. Miniati, C. D. Murphy, H.-S. Park, A. Pelka, A. Ravasio, B. Remington, B. Reville, A. Scopatz, P. Tzeferacos, K. Weide, N. Woolsey, R. Young, R. Yurchak. High Energy Density Phys., 9, 172(2013).