Нелинейная динамика границы мишени под действием интенсивных потоков заряженных частиц

• Автор: Майер, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 172 с. : ил

Оглавление
Введение
1 Нелинейная динамика границы сред с разной плотностью в двумерной геометрии
1.1 Динамика границы в слабонелинейном приближении
1.1.1 Динамика свободной поверхности
1.1.2 Динамика контактной границы двух сред
1.1.3 Вычислительный эксперимент
1.1.4 Динамика поверхности в случае осевой симметрии
1.2 Метод глобального преобразования координат
1.2.1 Уравнения динамики свободной поверхности
1.2.2 Преобразование координат
1.2.3 Динамика границы в переменных вспомогательного пространства
1.2.4 Контактная граница двух жидкостей разной плотности .
1.3 Локальные преобразования
1.3.1 Система уравнений для свободной поверхности
1.3.2 Система уравнений для границы двух сред
1.3.3 Численная схема и вычислительный эксперимент
1.4 Выводы к главе
2 Динамика поверхности мишени при облучении
2.1 Ускорение поверхности мишени под действием потока заряженных частиц

2.1.1 Описание взаимодействия заряженных частиц с веществом
2.1.2 Ускорение свободной поверхности мишени
2.1.3 Ускорение контактной границы плазмы и конденсированной фазы
2.2 Механизм образования кратеров на облучаемой поверхности
2.2.1 Физическая модель кратерообразования
2.2.2 Математическая модель кратерообразования
2.2.3 Закономерности формирования кратера: вычислительный эксперимент
2.2.4 Анализ роли включений при кратерообразовании
2.3 Образование капель на поверхности облучаемой мишени
2.4 Выводы к главе
3 Поля напряжений в облучаемом веществе
3.1 Волны напряжения в мишени, обусловленные термоупругим и абляционным механизмами
3.1.1 Волны напряжения при электронном облучении
3.1.2 Волны напряжения при ионном облучении
3.2 Поля напряжения в мишени, обусловленные
нелинейной динамикой границы
3.2.1 Квазистационарные напряжения под кратером
3.2.2 Стоячие поверхностные волны Рэлея
3.2.3 Устойчивость поверхности твердой фазы при облучении
пучком малой интенсивности
3.3 Выводы к главе
Заключение
Список публикаций автора
Литература

Введение
В настоящее время широкое распространение в исследованиях и технологических приложениях получили сильноточные импульсные ускорители заряженных частиц (электронов и ионов), обеспечивающие энергии частиц от нескольких КэВ до нескольких МэВ и плотности тока в диапазоне 10 - 104А/см2 при длительности импульса 10-8 — 1СГ6с. Создаваемые сильноточными ускорителями интенсивные пучки заряженных частиц используются как концентрированные потоки энергии для воздействия на вещество.
Попадая в плотную мишень, частицы пучка интенсивно теряют энергию, большая часть которой переходит во внутреннюю энергию среды. При воздействии на твердое тело интенсивных потоков заряженных частиц с плотностью мощности > 107 Вт/см2 происходит интенсивный разогрев вещества и его плавление, образуется плазменный факел с температурой несколько тысяч Кельвин и сильно неоднородной концентрацией [17, 20, 21, 47]. Разгрузка нагретых пучком конденсированных слоев мишени, а так же импульс отдачи от разлетающегося плазменного факела генерируют волны напряжения, распространяющиеся вглубь мишени [1, 22, 69, 70, 81]. Волны напряжения могут привести к существенной деформации мишени, и даже к ее разрушению [34]. С другой стороны, сильная неоднородность плазменного факела обуславливает генерацию в нем токов [7, 10]. Взаимодействие этих токов с током пучка может, например, привести к отклонению пучка [7].
Следует отметить, что первые целенаправленные исследования взаимодействия мощных пучков ускоренных заряженных частиц с веществом были начаты в связи с идеей осуществления управляемого термоядерного синтеза с инерционным удержанием плазмы (ИТС). Для анализа физических процессов, выбора оптимальных параметров микромишеней и характеристик облучения необходимыми стали сведения о торможении частиц в твердых телах и плазме в условиях интенсивного энерговыделения и мощных электромагнитных полей, о физических свойствах вещества в широкой области фазовой

а(г,<)
(1+Л)-(1-Л)(
(Н*{г 1 сч
Н-(г ОУ .
Н+(г',і) д<р+{г',г,і) Н~(г',і)) дг'
сіг',
'дZ(r,ty д і
+ -^г (гф+(г,г,і)) = о,

Ф+(г, г,і) = я+(г,^

ду+{г, г,і) дг

н±(г,і) = ±г(г,і)т Г(і),
2 [ Н+ д ( др+'
і?2 у х + аг V 5г

д ( Н+д^

1.56)
1.57)
1.58)
1.59)
1.60)
1.61)
1.62)
1 + ®)5г V н~ дг

Система уравнений аналогична случаю свободной поверхности в цилиндрической геометрии, но с модифицированным уравнением Бернулли (1.55). Влияние на динамику границы легкой жидкости учитывается через число Атвуда, а так же через функции а(г, /) и ?7(г, і).
Описанный здесь метод расчета нелинейной динамики границы в двумерной цилиндрической геометрии использовался нами при исследовании кратерообразования на поверхности облучаемой мишени (см. параграф 2.2).