Исследование гидродинамической неустойчивости и турбулентного перемешивания в задачах лазерного термоядерного синтеза

• Автор: Яхин, Рафаэль Асхатович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ.
Введение

Глава I. Литературный обзор

1.1. Общее представление о проблеме неустойчивости

1.2. Существующие модели описания турбулентного перемешивания

1.2.1. Модель перемешивания диффузного типа

1.2.2. Модель Д. Лайзера всплывания пузыря газа

1.2.3. Ах'-модель перемешивания и её свойства

1.2.4. Теория турбулентного перемешивания при совместном влиянии гравитационной и сдвиговой неустойчивостей В.Е. Неуважаева
1.2.5. Исследование неустойчивости Рэлея-Тейлора и Рихтмайера-Мешкова в модели Д. Янгса

1.2.6. Заключение по существующим моделям

1.3. Математические программы для моделирования процессов в лазерных оболочках
1.4. Основные результаты экспериментов по лазерному сжатию термоядерных мишеней
Глава II. 20 плоские расчеты моделирования процессов развития неустойчивостей Рэлея-Тейлора и Рихтмайера-Мешкова
2.1. Постановка численных расчетов
2.2. Выводы
Глава III. Теоретическая модель для ширины зоны турбулентного перемешивания
3.1. Теоретическое обоснование предложенных выражений
3.2.Сравнение результатов модели с результатами численных расчетов
3.3. Выводы
Глава IV. Исследование процессов перемешивания при сжатии лазерных мишеней
4.1. Методика описания процессов сжатия и горения мишеней лазерного термоядерного синтеза, основанная на анализе начальных условий
4.2. Описание экспериментов на лазерной установке "Искра V"
4.3. Генерация и влияние быстрых электронов
4.4. Постановка численных расчетов сжатия мишеней лазерного термоядерного синтеза
4.5. Рекомендации по выбору мишеней с улучшенной симметрией для экспериментов на лазерной установке "Искра V"
4.6. Исследование влияния мелкомасштабных возмущений формы оболочки на процесс сжатия мишени
4.7. Результаты исследования условий облучения и сжатия капсул для лазерной установки НіРЯЛІ
4.8. Выводы
Заключение
Список литературы
Список публикаций

Введение.
В последние годы в связи с возможным решением проблемы лазерного термоядерного синтеза (JITC) [1,2,3] приобретает все большую практичную значимость вопрос о влиянии неустойчивости, возникающей при ускоренном движении границ сжимающихся оболочек, на характеристики мишени.
В основе JITC лежит концепция сверхвысокого сжатия и нагрева термоядерных мишеней мощными лазерными импульсами. Независимо от выбранного типа мишени для достижения условий термоядерного зажигания необходимо сжимать горючее до огромных плотностей масштаба 100-2000 г/см3. Однако в процессе облучения и сжатия развиваются гидродинамические неустойчивости, препятствующие достижению оптимальных параметров термоядерного горючего. Например, в некоторых современных экспериментах, различие в наблюдаемом выходе нейтронов от предсказаний одномерных расчетов, не учитывающих влияние несимметрии, превышает два порядка при объемных сжатиях горючего более 104 раз [4 - 6]. Поэтому, на сегодняшний день, проблема устойчивого сжатия мишеней является одной из ключевых в J1TC, а решением вопросов, связанных с гидродинамическими неустойчивостями, из которых основную роль играют неустойчивости Рэлея-Тейлора (НРТ) и Рихтмайера-Мешкова (НРМ) занимаются ведущие лазерные лаборатории мира.
На сегодняшний день не существует сравнительно простой теоретической модели для описания процессов турбулентного перемешивания, включающей зависимость от начальных условий. Следует отметить, что при общем вполне оправданном, стремлении к осуществлению высокосимметричного сжатия капсул J1TC, представляется интересным исследование сжатия при сильных отклонениях от симметрии, т.к. стадия коллапса практически всегда оказывается несимметричной. Серьезная работа проводится по изучению развития крупномасштабного гидродинамического перемешивания и его влияния на нейтронный выход реакции [7 - 10].

представленные в дальнейшем, будут строиться на теории, схожей с моделью Д. Янгса.
1.2.6. Заключение по существующим моделям.
Исходя из анализа рассмотренных выше существующих моделей турбулентного перемешивания, следует отметить, что основное внимание теоретиков было обращено на описание развитой стадии турбулентности. Степень «развитости» турбулентосги, порождаемой развитием неустойчивостей Рихтмайера-Мешкова или Релея-Тейлора, можно
рг — р,
охарактеризовать, например, значением величины ———!, где к
волновое ЧИСЛО возмущения, g — внешнее ускорение, р! и р2 — легкое и тяжелое вещество соответственно. Широко известные в настоящее время модели, описывающие зону турбулентного перемешивания, относятся к диапазону >7 > 50, и не могут быть непосредственно применены к условиям сжатия лазерных термоядерных мишеней, т.к. к этому моменту времени мишень успевает разрушиться.
Проблема развития зоны перемешивания при сжатии лазерных термоядерных мишеней представляет собой специфическую задачу, в которой время развития процессов ограничено временем сжатия мишеней, инкременты роста неустойчивостей могут включать поправки, связанные с процессом абляции, сжатия, схождения, теплопроводности. Важно, что зона перемешивания развивается из определенных начальных условий (однако, чаще всего известных статистически — как вероятное распределение). Эти условия связаны с симметрией облучения и изготовления мишеней и могут поддерживаться в течение некоторого начального периода.
На данный момент не существует моделей, достаточно точно предсказывающих результаты и при этом достаточно простых и удобных в применении. Существующие модели либо дают лишь качественную картину перемешивания, либо очень сложны в использовании (например, прямые