ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ БАГАТОВИМІРНИХ ЗАДАЧ ЛАЗЕРНОГО ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗУ (ЛТС)

При дії на конденсовані середовища потужних потоків лазерного випромінювання (q 10 12 Вт / см, що досягається фокусуванням лазерного променя до лінійних розмірів ~ 10 2 мкм при тривалості імпульсу ~ 10 ' 9с) матеріал таких мікромішеней може бути нагрітий до значних (термоядерних, ^ 1-10 кеВ) температур при високій в порівнянні з випадком квазістаціонарного магнітного утримання щільності утворюється плазми. Цей напрямок в керованому термоядерному синтезі поряд з іншими інерційних способами нагріву і утримання плазми (електронні пучки і ін.) В даний час - одне з найбільш інтенсивно розвиваються. Вперше цей напрямок досліджень запропоновано в роботі [214]. Хоча початкові оцінки (наприклад, [215-220]) мінімальної енергії лазера, необхідної для отримання еквівалентної енергії термоядерного виходу показали досить високу її величину (~ 10 8 Дж), інтерес до даного напрямку стійко зростав і відповідні теоретичні та експериментальні дослідження інтенсивно тривали.

Якісно новий підхід до проблеми, пов'язаний з надсильних адиабатическим стисненням мішеней (в 10 2 - 10 4 раз більша за густину твердого тіла), одночасно з їх нагріванням до термоядерних температур, був запропонований на початку сімдесятих років [221], що дозволило знизити потрібну енергію лазера до цілком прийнятних величин ~ 10 3 - 10 4 Дж. Створення відповідних умов стиснення мішені пропонувалося здійснювати спеціальним профілюванням тимчасової форми лазерного імпульсу. Цим же цілям служить пропозицію використовувати не суцільні, а оболонкові мішені ([222] та ін.), Для яких вимоги до форми імпульсу істотно послаблюються. Питаннями оптимізації форми імпульсу і оптимальних конструкцій мікромішеней, включаючи багатошарові оболонкові мішені, присвячена велика кількість чисельних і експериментальних досліджень ([223-226] та ін.). Чисельні дослідження, зважаючи на їх високу складність, виконувалися в основному в одновимірної постановці.

У процесі подібних досліджень багато уваги приділялося аналізу і моделювання різноманітних фізичних процесів, що виникають при стисненні і нагріванні мікромішеней, таких, як поглинання лазерного випромінювання, включаючи різні механізми аномального поглинання світла і пов'язаної з цим генерацією швидких електронів, вплив аномальної теплопровідності, вимушеного комптонівського розсіювання, спостерігалися в експерименті спонтанних магнітних полів, рентгенівського випромінювання і ін. Крім суцільних і оболонкових типів мішеней, для цих же цілей пропонувалися і аналізувалися інші типи мішеней, зокрема, '' газові '* [227] та ін. Експериментальні дослідження багато в чому підтверджують розвиваються уявлення і роль різних механізмів, які супроводжують процес стиснення і нагрівання речовини. Детальний огляд досліджень по ЛТС можна знайти, наприклад, в роботах [218-220, 228- 232].

Серед інших напрямків досліджень даної проблеми важливе місце займає чисельне моделювання двовимірних нестаціонарних задач по оболонкових мішенях і суто двовимірним конфігурацій типу стиснення і нагрівання оболонкових сегментів в конічної порожнини з важкого матеріалу ( '' конічні мішені "). Це пов'язано з тим, що при використанні тонких оболонкових мішеней велику небезпеку, представляє можливість виникнення різного роду гідродинамічних нестійкостей (зокрема, Релей-тейлоровского типу), які можуть зробити істотний вплив на кінцеву величину стиснення, термоядерного виходу і т.п. Аналізу цих явищ, в тому числі за допомогою прямого чисельного моделювання, присвячені, наприклад, роботи [233-240].

Для чисельного моделювання двовимірних задач ЛТС застосовуються різні чисельні методи, зокрема, різновиди методу Ф.Х. Харлоу частинок в осередках [241], варіаційно-різницеві схеми [242], а також більш традиційні методики ([243] та ін.). Очевидно, що поповнення числа діючих методів розрахунку подібних завдань дуже бажано, по-перше, через велику кількість і розмаїття завдань, що вимагають чисельного рішення, по-друге, оскільки це створює більш широкі можливості для зіставлення даних, отриманих різними методами. Нарешті, в обчислювальній практиці накопичено значний арсенал різноманітних чисельних методів і апробація того чи іншого з них на такому складному класі задач, якими є завдання взаємодії лазерного випромінювання з речовиною, може розкрити нові, перспективні можливості методу.

У цій главі на основі консервативного варіанту сеточно-характеристичного методу [57] чисельно досліджуються деякі одно- й двовимірні задачі стиснення і нагрівання мікромішеней потужними потоками лазерного випромінювання [102, 244].

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >