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强度和粘度对金属中扰动冲击波前端稳定性的影响

发布时间: 2017-05-20 11:16:37   作者:本站编辑   来源: PRL   浏览次数:

 

 

惯性约束聚变研究表明冲击波在X射线烧蚀外表层后将变得不均匀,进一步造成靶内层密度调制,这同时也形成了瑞利泰勒不稳定性(RT)RT将延伸到热斑区,深度取决于冲击波前端的幅度。速度扰动的测量已经表明烧蚀物非均匀性,以及在稠密液体中的演化。然而仍需要新的实验方法测定时间积累的速度扰动对烧蚀物内表面的位移的影响。

1. 采用VISAR测量冲击波涟漪;其中冲击波涟漪振荡频率及破坏位置的增长率可作为模型评估ICF设计

在非平衡态下,不可逆的热动力学过程,如粘滞流体,材料变形和热导率变化等均影响冲击波在流体或固体中的传输。Miller采用牛顿流体守恒方程的数值解法研究了这些效应。在非粘性极限下,冲击波前端将激发起扰动,Bates计算出弱波极限下的振荡周期。随着粘性增长,这些应力张量的偏离分量变得重要。

此外,高密度烧蚀靶,如碳和铍等也被采用来研究惯性约束聚变中的流体不稳定性。这些烧蚀靶的晶格首先被第一冲击波烧蚀,这也将形成不稳定性的种子源泉。例如铍靶,第一冲击波的压力约3Mbar,这将导致靶丸处于高绝热线从而降低了其压缩值。如何获取低于第一冲击波下低绝热线对实现点火是非常重要的。

实验基于涟漪的冲击波的位移和速度的测量,洛斯阿拉莫斯的TRIDENT激光装置产生10-30J5ns脉宽的脉冲,激光脉冲聚焦到靶上的尺寸为1mm×1mm。当激光烧蚀表面后将产生喷流等离子体,即在临界密度面激光将被吸收,且烧蚀前端将从靶面分离。实验测量了两种不同的扰动波长,进而研究扰动幅度。不同样品厚度下冲击前端扰动均由线性成像速度干涉仪VISAR测量,如图1所示。靶每次位移50微米,同时记录单模冲击波前端扰动。

研究表明Richtmyer-Meshkov不稳定性在粘度和强度两种效应下的差异。冲击波前端的扰动演化依赖于初始扰动的幅度,扰动波长在不同粘度和材料下差异很大。

摘译自:S. Opie et al. Strength and Viscosity Effects on Perturbed Shock Front Stability in Metals. PRL 118, 195501 (2017)

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