Ein Hohlraum ist ein hohles, zylinderförmiges Gerät, das verwendet wird, um Strahlung zu fokussieren und zu kontrollieren. Benannt nach dem deutschen Wort für Hohlfläche verteilt das Gerät die Strahlung gleichmäßig in seinen Wänden und erhitzt in der Mitte ein kleines Stück Brennstoff. Es kann so klein wie eine Büroklammer oder ein Radiergummi sein oder das Gehäuse einer Atomwaffe umfassen. Eine hohlraum-Kapsel kann verwendet werden, um nukleare Explosionen im Miniaturmaßstab zu simulieren oder mit Lasern Energie zu erzeugen, wenn eine kleine Brennstoffprobe im Inneren wie Deuterium oder Tritium implodiert. Über ein kleines Loch im Behälter lässt sich die austretende Strahlung und ihr Verhalten bei den Temperaturen im Innenraum messen.
Das Fokussieren einer starken Strahlungsquelle wie eines Lasers auf das Innere eines Hohlraums kann eine darin enthaltene Fusionsreaktion erzeugen. Die erzeugten Röntgenstrahlen werden im Inneren absorbiert und symmetrisch wieder abgestrahlt, um die Stabilität des Systems während eines Experiments zu kontrollieren. Diese Stabilität ermöglicht kugelförmige Explosionen, die dazu beitragen, Experimente genau zu machen und intensive Reaktionen einzudämmen. Hohlräume können bei Fusions- und Spaltreaktionen genutzt werden und sind der Brennpunkt in einer Kernwaffe sowohl für die primären Reaktionen als auch für die sekundären Atomreaktionen.
Oftmals aus Blei besteht ein Hohlraum, der eine kleine kugelförmige Brennstoffkapsel enthält. Laserstrahlen werden durch das Loch am Ende des Teils geleitet, reagieren mit den Innenwänden und erzeugen Röntgenstrahlen. Diese Röntgenstrahlen werden zwischen den Wänden kontinuierlich abgelenkt und erhöhen die Temperatur, bis sie hoch genug ist, um den Brennstoff zu entzünden. Durch die indirekte Beheizung des Innenraums entfällt die Notwendigkeit, die Energie mit einem Laser präzise auf das Brennstoffpellet zu fokussieren. Manchmal wird eine dünne Schaumstoffschicht als Innenfutter verwendet, um die Wärme zu leiten und die Röntgenstrahlen gleichmäßiger zu verteilen.
Die Reaktion im Inneren des Hohlraums komprimiert auch das Brennstoffpellet aus Deuterium, Tritium oder Beryllium und erhitzt es auf eine Temperatur, die höher ist als die der Sonne. Allein mit Wasserstoff und Helium können die Temperaturen im Hohlraum auf Millionen Grad ansteigen. Forscher denken, dass solche Reaktionen als Energiequelle genutzt werden könnten. Hohlräume absorbieren so viel Energie von Lasern, dass Computersimulationen vor Experimenten nicht zeigen, wie gut die Absorption erfolgt. Um jedoch eine signifikante Energiemenge zu erzeugen, müssten Reaktionen, die in Laboratorien durchgeführt werden, für einen konstanten Energiefluss einige Male pro Sekunde ablaufen.