При лазерном облучении и сжатии
мишени, происходящих в результате испарения и разлета оболочки, между
ядром и оболочкой возникает неустойчивость, происходит взаимное
проникновение легкого и тяжелого вещества. Появляется неоднородность,
которая приводит к снижению температуры топлива, а также плотностей
сжимаемых веществ, нарушая симметричность сжатия мишени - в итоге это
снижает эффективность реакции.
Ученые считают, что неустойчивости можно избежать, если сжимать
мишень максимально симметрично, но для этого необходимо бесконечное
число лазеров, а это, разумеется, невозможно.
Изучать эту задачу исследователи начали еще 50 лет назад, но до
настоящего времени неустойчивости все еще остаются одной из главных
проблем в этом направлении физики.
Модель, предложенная сейчас учеными, является еще одним шагом в
изучении этой проблемы. Итогом работы стал ответ на вопрос, как
начальные возмущения, определяемые как симметрией и однородностью
источника энергии, так и качеством изготовления самой капсулы, влияют на
степень сжатия и нейтронный выход реакции.
Учеными была построена модель, для чего они провели большое
количество численных одномерных (1D) и двумерных (2D) расчетов развития
неустойчивостей для «плоской» и сферической геометрии, результаты
которых содержат информацию о состоянии веществ, а также о размерах
области перемешивания и других показателях. После этого на основе
полученных данных и учитывая существующие теоретические модели описания
турбулентного слоя в процессе перемешивания двух разноплотных веществ,
ученые разработали теоретическую модель для описания ширины и скорости
роста зоны турбулентного перемешивания для широкого диапазона начальных
условий.
По словам Рафаэля Яхина, одного из участников работы, кандидата
физико-математических наук, преимущества лазерного излучения для
инициирования термоядерных реакций заключаются в относительной легкости
его транспортировки к мишени и его фокусировки, а также возможности
получать высокие плотности мощности, требуемые для эффективного сжатия
мишени. В ведущих мировых лабораториях уже существуют и проектируются
несколько мощных лазерных установок для облучения мишеней. В настоящее
время самой крупной из них является National Ignition Facility (NIF) в
США, которая представляет собой систему из 192 лазеров на неодимовом
стекле с суммарной энергией импульсов 1,8 МДж и длительностью несколько
наносекунд, способных фокусироваться в пятно размером несколько
миллиметров. По сообщениям из прессы в Сарове в ближайшие годы
планируется создать близкую по своим параметрам к лазеру NIF установку.
Еще одним явлением, в котором имеет место развитие гидродинамических
неустойчивостей, является взрыв и разлет сверхновых звёзд. По словам
Яхина, сейчас он занят исследованием эволюции сверхновых звезд при
взрыве. В частности, на основе численных кодов проводятся 1D- и
2D-гидродинамические расчеты, которые моделируют динамику процессов
разлета остатков сверхновой с массой порядка 15 солнечных в течение
нескольких сотен секунд после момента взрыва. Учитывая критерии
гидродинамического подобия, рассматриваются возможные лазерные
мишени-имитаторы сверхновых, которые позволят в лабораторных условиях
воспроизвести физические процессы, имеющие место при взрыве
астрофизического объекта, такие как распространение ударной волны по
веществу, развитие гидродинамических неустойчивостей на границах
разноплотных оболочек, а также формирование остаточного облика на месте
взрыва сверхновой и прочее.
Источник: АНИ «ФИАН-информ»
|
