Изэнтропическое сжатие вещества импульсным магнитным полем

• Автор: Прут, Вениамин Вениаминович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 314 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Автомодельные задачи изэнтропического сжатия вещества 22 и нелинейной диффузии магнитного поля

1.1. Автомодельное изэнтропическое сжатие вещества

1.2. Изэнтропическое сжатие вещества оболочкой

1.3. Релятивистская центрированная волна сжатия

1.4. Автомодельное решение уравнений нелинейной диффузии

магнитного поля

1.5. Выводы

Глава 2. Полуэмпирическое уравнение состояния

2.1. Введение. Постановка задачи
2.2. Уравнение состояния при Т
2.3. Обобщенное дебаевское приближение
2.4. Распределение тепловых электронов
2.5. Ионизационное равновесие
2.6. Фазовая диаграмма
2.7. Ударные адиабаты сплошного и пористого вещества
2.8. Вычисление Г(Г) и ЕХ(У)
2.9. Модель плавления
2.10. Сравнение моделей
2.11. Выводы
Глава 3. Аппроксимация уравнения состояния элементов
3.1. Уравнение состояния в квазиклассическом приближении
3.2. Численный метод решения
3.3. Результаты расчетов квазиклассического уравнения
3.4. Интерполяция холодной энергии
3.5. Результаты расчетов уравнения состояния элементов
3.6. Выводы
Глава 4. Численное моделирование изэнтропического сжатия
веществ мегагауссным магнитным полем
4.1. Магнитогидродинамическая модель г-пинча
4.2. Численное моделирование нелинейной диффузии мегагауссного 166 магнитного поля
4.3. Моделирование перехода графит-алмаз в изэнтропическом
процессе
4.4. Качественный анализ параметров несжимаемой трубки в
магнитном поле
4.5. Численный анализ динамики металлического г -пинча
4.6. Выводы
Глава 5. Методы измерения изэнтропического уравнения состояния
водорода
5.1. Введение
5.2. Интерполяция уравнения состояния водорода
5.3. МГД расчет сжатия водорода и инертных газов
5.4. Диагностика и точность измерений

5.5. Измерение уравнения состояния водорода
5.6. Выводы 238 Глава 6. Метод измерения реологического уравнения состояния 239 металлов
6.1. Введение
6.2. Дислокационная модель высокоскоростной деформации
6.3. Феноменологические вязкопластические модели
6.4. Интегрирование уравнения движения несжимаемой среды
6.5. Экспериментальное исследование реологических свойств 250 металлов
6.6. Численное моделирование экспериментов по деформации 254 магнитным полем
6.7. Выводы
Глава 7. Экспериментальная техника
7.1. Схема экспериментальной аппаратуры
7.2. Генератор импульсного тока установки «Юпитер» с током 5 МА
7.3. Криогенная техника
7.4. Оптические и рентгеновские измерения
7.5. Сохранение сжимаемого вещества
7.6. Плазменный z-пинч
7.7. Экспериментальная установка энергоемкостью 1.2 МДж
7.8. Выводы
Список литературы
Введение
Исследование веществ при высоких давлениях осуществляется тремя методами: статическим (изотермическим), ударно-волновым и изэнтропическим [1]. Максимальные плотности, которые могут быть получены экспериментально при статическом сжатии в алмазных наковальнях, ограничены прочностью материалов. Достижимое статическое давление Р~ 5 Мбар [2,3], что соответствует предельной «идеальной» величине модуля сдвига. Максимальные температуры в алмазных наковальнях ограничены графитизацией алмаза.
Современные ударно-волновые методы используют легко-газовые пушки, химические и ядерные взрывчатые вещества, электромагнитное ускорение, лазеры, электронные и ионные пучки. С помощью подземных ядерных взрывчатых веществ достигнуты давления Р ~ 1 Гбар. Особенность ударно-волнового сжатия заключается в существовании предельной величины плотности. После достижения предельной величины плотности давление возрастает в основном из-за температуры. Вырождение снимается, и вещество превращается в «обычную» (идеальную, невырожденную) плазму. При ударном сжатии «мягких» веществ, таких, как гелий, водород, молекулярные кристаллы, предельные плотности соответствуют давлениям в сотни кбар.
Поэтому единственная возможность получения очень высоких плотностей есть изэнтропическое сжатие вещества. При изэнтропическом сжатии не существует физических ограничений на достижение больших плотностей при относительно низких температурах. На изэнтропе конечная температура пропорциональна начальной. Поэтому можно изменять в широких пределах температуру сжатого вещества, варьируя его начальную температуру. Ограничения обусловлены, в основном, выбором и формой импульса источника энергии.
Идея получения высоких плотностей при изэнтропическом сжатии принадлежит Гюгонио и Рэлею, которые рассматривали плоскую центрированную волну Римана. И самые известные способы реализации предложенных идей были осуществлены лишь спустя более полувека в неуправляемом инерционном ядерном синтезе, а затем в концептуальном проекте управляемого ядерного синтеза. Однако в задачах термоядерного синтеза ставится задача нахождения оптимального соотношения между температурой и плотностью при минимуме вкладываемой энергии для достижения максимального сгорания ядерного топлива. Идеализированные, в частности, автомодельные задачи применяются в качестве начального приближения в двух- и трехмерных задачах, учитывающих возможно полную совокупность физических процессов. Различные аспекты ударно-волнового и изэнтропического сжатия, а также моделирования уравнения состояния в нормальных и экстремальных условиях рассматривались, в частности, в [4-54].

Внутренняя энергия (на единицу массы) при малых плотностях е, и Ар /2, где р = 1 + Ар; при больших плотностях е, ~ с2/у Су -1). Кинетическая энергия (на единицу массы) е* = « / 2. Поэтому е,- и е* всегда почти квадратичные параболы.
Интересная - a priori непредсказуемая - зависимость е* /е,-. Покажем сначала, что на
фронте всегда е* /е,- = 1. При малых плотностях е, а |с2 -1 У(у -1))2 /2 , тогда с учетом первого уравнения (1.1.12)
ч 1/9
(r-VU/4
Г 1/2
(1.1.16)
1-,Г+(77 + 1Х//я£/ + ;у£
Подставляя второе уравнение (1.1.12) в (1.1.16) и учитывая £ « 1 и 1/ » 0, получим /е,- = 1. Функция /в/ сначала монотонно убывает до значения »0.75, а затем с течением времени монотонно возрастает на поршне, приближаясь в коллапсе к своему предельному значению: е/е,- = 2у/и(у-1). На рис. 1.1.4 невозможно увидеть - из-за малого графического разрешения - зависимость е /е,- при малых г (или х). Поэтому на рис
показана зависимость от /#(1 + (105 -1)х), которая изменяется линейно при малых х и логарифмически при х » 1. Хорошо видимый минимум существует всегда - с ним волна и “уходит” в коллапс.
/д(1 + 10х)
Рис. 1.1.6. Радиальные зависимости е/е,- от /(1 +105х) для уравнения состояния (1.1.2). Индексы у кривых - см. рис. 1.1.4.