在峰值時，NIF慣性約束聚變（ICF）內爆持續約100萬億秒分之1秒，內爆燃料直徑為百萬分之一米，密度達鉛的8倍，內爆腔的中心比太陽核心溫度還要高几倍。在研究人員努力在世界上最大、能量最高的鐳射系統上實現聚變點火過程中，清楚地了解在這些極端條件下NIF慣性約束聚變內爆到底發生了什麼，是科學家面臨的最大挑戰之一。

為了幫助應對這一挑戰，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)及其合作實驗室和大學已經設計和建造了十幾種核診斷技術的廣泛套件，還有更多正在進行中。勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室物理學家Dave Schlossberg說：在診斷內爆時，想要的是了解關於內爆等離子體的一切，核診斷套件試圖處理可以獨立測量的不同引數，中子成像系統測量內爆的空間分佈。

中子飛行時間診斷測量平均能量和漂移速度，伽馬反應歷史測量相對於時間的發射。通過收集這些資訊，可以更好地了解內爆中發生的事情。物理學家凱利·哈恩(Kelly Hahn)補充說：一些診斷相互之間存在‘串擾’，有些提供了不同的(資訊)片段，有些有相似的片段，我們可以把它們放在一起，組裝成更全面的圖景，如果想實現點火，核診斷是至關重要的。

能效比

提供內爆能效比的關鍵因素包括中子產額、離子(等離子體)溫度和下散射比，通過與燃料中的氫同位素相互作用而散射高能中子和低能中子數量之間的比率，這是燃料密度和熱點周圍冷燃料分佈的指示。同樣重要的還有爆炸時間（表徵內爆速度的中子發射峰值時間）和燃燒寬度（內爆產生中子的時間長度）。所有這些引數，以及其他引數，都是通過核診斷進行評估的。

核診斷小組組長阿拉斯泰爾·摩爾(Alastair Moore)說：核診斷基本上是真正測量燃料密度和溫度的唯一診斷方法。它們對於了解把燃料組裝得有多好，以及我們離點火有多近是非常關鍵的。在NIF ICF實驗中，高達192束強大的鐳射束加熱被稱為“hohlraum”的圓柱形X射線“烤箱”。X射線壓縮氫同位素，氘和氚(DT)，部分凍結在一個懸浮在空腔內的微小膠囊中。

如果密度和溫度足夠高並持續足夠長的時間，燃料將點燃併產生自我維持的熱核反應，通過燃料擴散並釋放大量能量，主要以高能中子的形式釋放。內爆過程產生的溫度和壓力類似於恆星、巨行星和核爆炸內部的溫度和壓力。NIF慣性約束聚變是國家核安全域性庫存管理計劃的關鍵組成部分，NIF實驗推動了包括天體物理、材料科學和ICF在內的高能量密度(HED)科學研究。

未知的未知

NIF核診斷的一個特殊價值是：它們能夠幫助回答研究人員甚至不知道自己有的問題，科學家們稱之為“未知的未知”。例如，現在位於靶室周圍的四個中子飛行時間探測器陣列顯示，內爆中心的微小熱點正以每秒約100公里速度漂移，這表明內爆不對稱，這是效能下降的主要原因。

物理學家埃德·哈圖尼說：我們最初有兩個光譜儀，加上第三個光譜儀，就有了觀察運動和測量熱點漂移速度的能力，這完全是意想不到的。這實際上需要相當長的時間才能被接受，這種對這些探測器告訴我們的解釋。

研究還揭示了在內爆中正在發生一些沒有人預料到的事情，熱點可以移動，這相當令人驚訝。實際上，有第五臺光譜儀即將上線，這將使科學家們有更好的能力來了解熱點正在移動，是因為驅動的它是不對稱的，還是因為微腔是不對稱的，還是因為“hohlraum”是不對稱的，所有這些可能導致糟糕的內爆能效比故障模式，都可以通過讓多個光譜儀觀察相同的內爆來直接診斷。

這還不是全部，在洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)中子成像團隊的領導下，來自LANL、LLNL和羅切斯特大學鐳射能量實驗室(LLE)的研究人員，現在增加了第三套中子成像系統NIS3，旨在提供內爆點火階段燃燒的DT等離子體大小和形狀的三維影象。

熱點的大小和燃料不對稱性是由高能中子的影象確定，冷燃料的面密度，即Rho-R，是從下散射比推斷出來的，面密度是實現點火和聚變燃燒的燃料最終配置的重要因素。LLNL物理學家David Fittinghoff說：隨著NIF邁向更高的效能，理解這些內爆的三維本質變得至關重要。

對於之前的兩條中子成像視線，研究人員不得不對內爆的對稱性做出一個假設。現在有了新的NIS3，就有了三條正交視線，可以用來重建大量融合等離子，打個比方，可能就是看到一幅人的畫像和實際在他的雕塑周圍走動之間的區別。

除了改進中子成像，NIS3還提供了成像伽馬射線的視線，這些伽馬射線是由內爆過程中殘留目標膠囊材料中的碳與聚變中子非彈性散射產生的。這可以幫助研究人員確定膠囊材料與聚變燃料混合的數量和效果，聚變燃料是效能下降的已知來源。

而且又完成了另一次重大診斷升級，在目標室周圍的戰略位置安裝了48個實時中子啟用檢測器(RT-NAD)陣列。早期的NADS被稱為法蘭NADS，當未散射的中子啟用鋯樣品時起作用。將被啟用的樣品從小室中移走，並使用現場其他地方的核計數技術來確定啟用水平。實時NAD探測器啟用是在現場監測的，提供了更好的未散射中子產額角分佈取樣，週轉更快，操作成本顯著降低。

該系統提供近乎實時的中子注量分佈測定，它的中子產額超過兩到三個數量級，提供精確到2%或更好的總產額預測。由於爆炸壓縮核心中的燃料厚度不同，所以整個燃燒室的中子產額各不相同。RT-NADS主要是一種方法，當微腔內爆炸時，它可以告訴我們燃料是如何分佈在熱點周圍的。RT-NADS系統的負責科學家、診斷物理學家理查德·比昂塔(Richard Bionta)指出：探測器數量是法蘭NADS系統的兩倍，靈敏度是法蘭NADS系統的五倍。

在舊系統中，只有一個探測器，20個冰球中的每一個都被放入探測器，所以需要5天的時間才能通過，(RT-NAD)肯定比過去的方式要好得多。理查德花了兩年多時間開發管理該資料流的能力，有48個探測器，每10分鐘讀出一次，產生TB級的資料，需要試著分析這些資料，然後把照片重新拼湊起來，看看照片裡發生了什麼，大量的資料分析也是一項艱難工作，在這裡為科學家們加油！。