В монографии представлены результаты исследований устойчивости сжатия термоядерных мишеней при облучении их мощными лазерными пучками и особенностей развития гидродинамических неустойчивостей в лазерном термоядерном синтезе. Дано описание методов и программ, с помощью которых были проведены эти исследования, обсуждаются возможности развития и усовершенствования изложенных подходов. С помощью методов математического моделирования проанализированы данные экспериментов на семи ударно-трубных и лазерных установках, прогнозируются результаты, которые могут быть получены на проектируемых крупномасштабных установках.

Все результаты, изложенные в монографии, получены авторами, опубликованы в открытой печати и докладывались на российских и международных научных конференциях.

…Одним из перспективных и быстро развивающихся подходов к решению проблемы управляемого термоядерного синтеза (УТС) является использование лазеров для инициирования термоядерных микровзрывов.

В основе этого подхода лежит концепция сверхвысокого сжатия и нагрева термоядерных мишеней с помощью мощных лазерных импульсов [Басов Н. Г., Крохин О. Н., 1964]. Физика лазерной плазмы содержит широкий класс гидродинамических, тепловых, радиационных и электродинамических явлений.

Независимо от конкретной конструкции мишени и типа лазеров (или корпускулярных пучков), для достижения энергетически выгодной реакции необходимо сжимать горючее до огромных плотностей (порядка 100 г/см³) и нагревать до температуры порядка 100 млн градусов. Внешние слои мишени испаряются и разлетаются со скоростями в сотни км/с, что обеспечивает реактивное давление на неиспарённые слои. Для достижения больших сжатий внешние слои изготавливают из инертного вещества с плотностью, заметно большей, чем плотность конденсированного ДТ-горючего. В процессе такого сжатия развиваются гидродинамические неустойчивости, которые приводят к проникновению инертного вещества в глубь горючего, препятствуют достижению оптимальных параметров термоядерного горючего. Например, в современных экспериментах различие наблюдаемого выхода нейтронов от предсказаний одномерных расчётов превышает два порядка при объёмных сжатиях горючего более 103—104 раз. Поэтому проблема устойчивого сжатия мишеней является чрезвычайно важной и ей в настоящее время уделяется первостепенное внимание в исследованиях по инерциальному термоядерному синтезу.

Типичные времена исследуемых процессов менее 1 нс, пространственные масштабы на уровне 1—10 мкм, развитие неустойчивости происходит в плотной среде, при высоких температурах и мощном фоне переизлучения из плазмы. Эксперименты, в основном, позволяют получить лишь интегральную по времени и пространству информацию о тех процессах, которые протекают в лазерных мишенях. Для описания этих явлений требуется решать сложную нелинейную систему уравнений в частных производных в двумерной и трёхмерной геометриях. Аналитические решения, как правило, получить не удаётся.

Выше описанные обстоятельства определяют актуальность и важность вычислительного эксперимента в исследованиях по лазерному термоядерному синтезу.

В ведущих лабораториях нашей страны и за рубежом развиваются алгоритмы и программы расчёта неодномерных течений лазерной плазмы совместно с уравнениями переноса энергии, ионизации и рекомбинации, кинетики термоядерных реакций. Как правило, это сложные многоплановые программы, ориентированные на имеющуюся в распоряжении данных лабораторий вычислительную технику.

В настоящей монографии описаны физико-математические модели, алгоритмы двумерных и трёхмерных программ и результаты численных исследований развития гидродинамических неустойчивостей в лазерных термоядерных мишенях. В монографию вошли оригинальные результаты исследований, в которых авторы принимали непосредственное участие и внесли определяющий творческий вклад…

Введение

Книги на ту же тему

1. Проблемы гидродинамики и их математические модели. — 2-е изд., Лаврентьев М. А., Шабат Б. В., 1977
2. Магнитная гидродинамика, Куликовский А. Г., Любимов Г. А., 1962
3. Гидродинамические неустойчивости и переход к турбулентности, Суинни Х., Голлаб Д., ред., 1984
4. Вопросы гидродинамической устойчивости, Бетчов Р., Криминале В., 1971
5. Физика плазмы и численное моделирование, Бэдсел Ч., Ленгдон А., 1989
6. Управляемый термоядерный синтез, Киллин Д., ред., 1980
7. Вычислительные методы в физике, Поттер Д., 1975
8. Итоги науки и техники: Физика плазмы. Том 2, Шафранов В. Д., ред., 1981
9. Собрание трудов в двух томах (комплект из 2 книг), Соловьёв Л. С., 2001
10. Вопросы теории плазмы. Выпуск 17, Кадомцев Б. Б., ред., 1989
11. Вопросы теории плазмы. Выпуск 18, Кадомцев Б. Б., ред., 1990
12. Вопросы теории плазмы. Выпуск 6, Леонтович М. А., ред., 1972
13. Физические основы лазерной резки толстых листовых материалов, Ковалёв О. Б., Фомин В. М., 2013
14. Моделирование теплоэнергетического оборудования, Кутателадзе С. C., Ляховский Д. Н., Пермяков В. А., 1966