研究人員努力推進對NIF天體物理學(xué)中水動力不穩(wěn)定性的理解

在科學(xué)院院刊(PNAS)6月26日在線發(fā)表的“特刊”論文中，勞倫斯利弗莫爾實驗室(LLNL)和密歇根大學(xué)的研究人員報告了最近的實驗和技術(shù)，旨在提高對流體力學(xué)的理解和控制(流體) )高能量密度(HED)設(shè)置的不穩(wěn)定性，例如在點火設(shè)施(NIF)上的慣性約束聚變內(nèi)爆中發(fā)生的那些。

本文描述了HED研究的四個領(lǐng)域，這些研究側(cè)重于Rayleigh-Taylor(RT)不穩(wěn)定性，當不同密度的兩種流體或等離子體一起加速時，較輕(較低密度)的流體推動并加速較重(較高密度)流體。

這些不穩(wěn)定性會降低NIF內(nèi)爆性能，因為它們會放大目標缺陷以及由工程特征引起的擾動，例如用于懸浮在空腔中的目標膠囊的“帳篷”和將融合燃料注入膠囊的填充管。

相反，當恒星爆炸(超新星)將其核心物質(zhì)(如鈦，鐵和鎳)噴射到星際空間時，可以看到RT及其沖擊類似物Richtmyer-Meshkov的不穩(wěn)定性。該材料穿透并滲透出較輕的硅，氧，碳，氦和氫元素的外包層。此外，在行星形成和小行星和流星撞擊的動力學(xué)中可能出現(xiàn)獨特的HED固態(tài)塑性流動和流體動力學(xué)不穩(wěn)定性。

在PNAS提出的范圍廣泛HED RT不穩(wěn)定性是相關(guān)的天體物理，行星科學(xué)，超高速撞擊動力學(xué)和慣性約束聚變(ICF)的研究總結(jié)。

研究人員表示，這些研究雖然主要旨在提高人們對NIF內(nèi)爆中RT生長穩(wěn)定機制的理解，但也提供了“研究通常只能在高能天體物理學(xué)，天文學(xué)和行星科學(xué)中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象的獨特機會”，如行星和恒星的內(nèi)部，行星形成的動力學(xué)，超新星，宇宙伽馬射線爆發(fā)和銀河系合并。

NIF HED實驗可產(chǎn)生高達100 terapascals(十億大氣壓)的壓力。這些極端條件允許研究樣品被驅(qū)動或壓縮到行星內(nèi)部和褐矮星內(nèi)部(有時稱為“失效恒星”)中發(fā)現(xiàn)的各種壓力。它們還適用于RT演變的研究，從熱的，密集的等離子體和ICF內(nèi)爆中心的燃燒熱點到相對冷卻的高壓材料，在高應(yīng)變和應(yīng)變速率下經(jīng)歷固態(tài)塑性流動。

“我們發(fā)現(xiàn)這些高壓，固態(tài)，高應(yīng)變率塑性流動實驗中的材料強度很大，并且與經(jīng)典值相比可以顯著降低RT生長速率，”研究人員說。“這些結(jié)果與高壓下的行星形成動力學(xué)有關(guān)。”

“他們補充說，”一個有趣的考慮因素是，使用這些研究結(jié)果可以提高ICF膠囊內(nèi)爆先進設(shè)計中對流體動力學(xué)不穩(wěn)定性的抵抗力。“