研究人员努力推进对NIF天体物理学中水动力不稳定性的理解
在美国国家科学院院刊(PNAS)6月26日在线发表的“特刊”论文中,劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)和密歇根大学的研究人员报告了最近的实验和技术,旨在提高对流体力学的理解和控制(流体) )高能量密度(HED)设置的不稳定性,例如在国家点火设施(NIF)上的惯性约束聚变内爆中发生的那些。
本文描述了HED研究的四个领域,这些研究侧重于Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性,当不同密度的两种流体或等离子体一起加速时,较轻(较低密度)的流体推动并加速较重(较高密度)流体。
这些不稳定性会降低NIF内爆性能,因为它们会放大目标缺陷以及由工程特征引起的扰动,例如用于悬浮在空腔中的目标胶囊的“帐篷”和将融合燃料注入胶囊的填充管。
相反,当恒星爆炸(超新星)将其核心物质(如钛,铁和镍)喷射到星际空间时,可以看到RT及其冲击类似物Richtmyer-Meshkov的不稳定性。该材料穿透并渗透出较轻的硅,氧,碳,氦和氢元素的外包层。此外,在行星形成和小行星和流星撞击的动力学中可能出现独特的HED固态塑性流动和流体动力学不稳定性。
在PNAS提出的范围广泛HED RT不稳定性是相关的天体物理,行星科学,超高速撞击动力学和惯性约束聚变(ICF)的研究总结。
研究人员表示,这些研究虽然主要旨在提高人们对NIF内爆中RT生长稳定机制的理解,但也提供了“研究通常只能在高能天体物理学,天文学和行星科学中发现的现象的独特机会”,如行星和恒星的内部,行星形成的动力学,超新星,宇宙伽马射线爆发和银河系合并。
NIF HED实验可产生高达100 terapascals(十亿大气压)的压力。这些极端条件允许研究样品被驱动或压缩到行星内部和褐矮星内部(有时称为“失效恒星”)中发现的各种压力。它们还适用于RT演变的研究,从热的,密集的等离子体和ICF内爆中心的燃烧热点到相对冷却的高压材料,在高应变和应变速率下经历固态塑性流动。
“我们发现这些高压,固态,高应变率塑性流动实验中的材料强度很大,并且与经典值相比可以显着降低RT生长速率,”研究人员说。“这些结果与高压下的行星形成动力学有关。”
“他们补充说,”一个有趣的考虑因素是,使用这些研究结果可以提高ICF胶囊内爆先进设计中对流体动力学不稳定性的抵抗力。“
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