Инерциальный термояд

Рассмотрим сначала вопрос о сжатии. Можно подсчитать, что для сжатия твердого водорода до плотности 103 пs при температуре в несколько килоэлектрон-вольт необходимо давление порядка 1011 атм [8]. Для получения столь высоких давлений можно в принципе использовать реактивный импульс, возникающий при разлете внешнего, поглощающего слоя лазерной мишени. Здесь имеется, однако, следующая трудность. Хорошо известно, что волна сжатия (в отличие от волны разрежения) всегда за конечное время превращается в ударную волну. Таким образом, при сжатии мишени под действием реактивного импульса в ней должны возникать сильные ударные волны (они действительно наблюдаются на эксперименте), производящие необратимое нагревание среды, которое, очевидно будет препятствовать, ее дальнейшему сжатию. Поэтому для достижения высоких степеней сжатия надо исключить образование сильных ударных волн и сделать процесс по возможности близким к изэнтропическому. Разумное приближение к изэнтропическому процессу можно получить подбирая соответствующим образом зависимость сжимающего давления от времени (в лазерном эксперименте это сводится к программированию формы лазерного импульса). Именно такой подход рассматривался в своей работе Нукколсом. Другой путь предложенный Л. В. Альтшулером, Е. А. Дыниным, В. А. Свидзинским, состоит в выборе специального профиля плотности, при котором сильные ударные волны не проходят во внутренние слои мишени. Весьма эффективным оказывается, в частности, неоднократно обсуждавшееся в последние годы применение многослойных оболочечных мишеней [8].

Гидродинамическая неустойчивость сжатия мишени

Другой важнейшей особенностью процесса сжатия, также предсказываемой на основе анализа простых моделей, является возможность развития гидродинамических неустойчивостей, ведущих к нарушению оптимального режима сжатия. Анализ показывает, что при сжатии возникают гидродинамические неустойчивости двух типов. Первый тип связан с ростом одномерных возмущений, обладающих той же симметрией, что и основное движение. К этому типу относится, в частности, неустойчивость, приводящая к смещению точки коллапса. Численные расчеты показывают, что одномерная неустойчивость не вызывает качественной перестройки процесса сжатия. Значительно более опасной оказывается неустойчивость другого типа, ведущая к нарушению сферической симметрии сжатия. Эта неустойчивость называется в гидродинамике Рэлей-Тейлоровской.

Большинство ученых считает, что гидродинамическая неустойчивость весьма существенно снижает энергетический коэффициент усиления простых мишеней и накладывает весьма жесткие требования на сферичность их формы в начальный момент и равномерность облучения. Достаточно подробные экспериментальные исследования Рэлей-Тейлоровской неустойчивости при лазерном сжатии пока не проведены, поэтому в настоящее время трудно судить о правильности такой точки зрения. Достаточно широкий класс возмущений, нарушающих симметрию сжатия тяжелой сферической оболочки, был изучен численными методами Тайсеном и его коллегами (A. Thiessen) [8]. Ими показано, что эффекты неустойчивости весьма существенно ограничивают энергетический коэффициент усиления оболочечных мишеней и был предложен один из возможных путей достижения стабильного сжатия, состоящий в замене непрерывного лазерного импульса серией ультракоротких импульсов с нарастающей амплитудой. При этом за время действия отдельного импульса амплитуда опасных возмущений не успевает существенно возрасти, поэтому весь процесс оказывается более устойчивым. Резюмируя, можно сказать, что вопрос о влиянии Рэлей-Тейлоровской неустойчивости на процессы в лазерных мишенях безусловно является одним из важнейших. Оценки и численные расчеты показывают, что неустойчивость существенно влияет на работу мишени. Однако количественные результаты, полученные к настоящему времени, нуждаются в дальнейшем уточнении.

Другие статьи по теме

Паровая турбина
« Паровая турбина — вид парового двигателя, в котором струя пара, действуя на лопатки ротора, вызывает его вращение. В настоящее время паровые турбины применяются вместе с котлами, работающими на органическом топливе или с яде ...

Топки и топочные устройства
Топочным устройством или топкой называется часть котельного агрегата, предназначенная для сжигания топлива, при этом химическая энергия топлива переходит в тепловую энергию дымовых газов. Дымовые газы эту тепловую энергию передаю ...