In een Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ) "Special Feature"-paper online gepubliceerd op 26 juni Onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en de Universiteit van Michigan rapporteerden over recente experimenten en technieken die zijn ontworpen om het begrip en de beheersing van hydrodynamische (vloeistof)instabiliteiten in instellingen met een hoge energiedichtheid (HED) te verbeteren, zoals die optreden bij fusie-implosies met traagheidsopsluiting op de Nationale Ontstekingsfaciliteit (NIF).

Dit artikel beschreef vier gebieden van HED-onderzoek die zich richten op Rayleigh-Taylor (RT) instabiliteiten, die ontstaan ​​wanneer twee vloeistoffen of plasma's van verschillende dichtheden samen worden versneld, waarbij de lichtere (lagere dichtheid) vloeistof de zwaardere (hogere dichtheid) vloeistof duwt en versnelt.

Deze instabiliteiten kunnen de NIF-implosieprestaties verslechteren omdat ze doeldefecten versterken, evenals verstoringen veroorzaakt door technische kenmerken zoals de "tenten" die worden gebruikt om de doelcapsule in de hohlraum op te hangen en de vulbuis die fusiebrandstof in de capsule injecteert.

Omgekeerd, RT en zijn schokanaloog, de Richtmyer-Meshkov-instabiliteit, worden gezien wanneer stellaire explosies (supernovae) hun kernmateriaal uitstoten, zoals titaan, ijzer en nikkel, in de interstellaire ruimte. Het materiaal dringt door en overtreft de buitenste omhulsels van de lichtere elementen van silicium, zuurstof, koolstof, helium en waterstof. In aanvulling, een uniek regime van HED solid-state plastische stroming en hydrodynamische instabiliteiten kan optreden in de dynamiek van planetaire vorming en asteroïde- en meteoorinslagen.

De PNAS paper presenteert samenvattingen van studies van een breed scala aan HED RT-instabiliteiten die relevant zijn voor astrofysica, planetaire wetenschap, hypervelocity impact dynamics en traagheidsopsluitingsfusie (ICF).

De onderzoekers zeiden dat de studies, terwijl het voornamelijk gericht was op het verbeteren van het begrip van stabilisatiemechanismen in RT-groei op NIF-implosies, bieden ook "unieke mogelijkheden om fenomenen te bestuderen die typisch alleen te vinden zijn in hoogenergetische astrofysica, astronomie en planetaire wetenschap, " zoals het interieur van planeten en sterren, de dynamiek van planetaire vorming, supernova's, kosmische gammaflitsen en galactische fusies.

NIF HED-experimenten kunnen drukken tot 100 terapascal (een miljard atmosfeer) genereren. Door deze extreme omstandigheden kunnen onderzoeksmonsters worden aangedreven, of gecomprimeerd, aan het soort druk dat wordt aangetroffen in het binnenste van planeten en het interieur van bruine dwergen (soms "mislukte sterren" genoemd). Ze lenen zich ook voor studies van RT-evolutie, variërend van heet, dichte plasma's en brandende hete plekken in het centrum van ICF-implosies tot relatief koele, hogedrukmaterialen die een vaste-stof-plastiekstroom ondergaan bij hoge spanning en reksnelheid.

"We ontdekten dat de materiaalsterkte in deze hogedruk-, vaste toestand, high-strain-rate plastic flow-experimenten zijn groot en kunnen de RT-groeisnelheden aanzienlijk verminderen in vergelijking met klassieke waarden, " zeiden de onderzoekers. "Deze resultaten zijn relevant voor de dynamiek van planetaire vorming bij hoge druk."

"Een intrigerende overweging, " voegden ze eraan toe, "is de mogelijkheid om deze bevindingen te gebruiken om de weerstand tegen hydrodynamische instabiliteiten te verbeteren in geavanceerde ontwerpen van ICF-capsule-implosies."