Физические процессы в плоских и конических мишенях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Российская Академия наук Институт общей физики

На правах рукописи УДК 535 : 621.373.8 533.9 : 621.039

КРАСЮК Игорь Корнелиевич

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПЛОСКИХ И КОНИЧЕСКИХ МИШЕНЯХ

01.04.21 - лазерная физика 01.04.08 - физика и химия плазмы

Автореферат диссертации на соискачиэ учёной степени доктора физико-математических наук

Москва, 1992

Работа выполнена в Институте общей физики Российской ^Академии наук.

Официальные оппоненты: Доктор физико-математических наук БАТАНОВ Г.М.

Доктор физико-математических наук,

профессор

КОВАЛЬСКИЙ Н.Г.

Доктор физико-математических наук ШИКАНОВ A.C.

Ведущая организация- Российский национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" (г. Москва)

Защита состоится 27 апреля 1992 г. в 15°° час. на заседании Специализированного совета !?1 (Д.003.49.01) Института общей физики Российской академии наук по адресу: I17942, Москва, ул. Вавилова, 38.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ИОФ РАИ.

Автореферат разослан 25 марта 1992 г.

Учёный секретарь

Специализированного совета PI (Д.003.49.01) кандидат физ.-мат. наук

В.П.МАКАРОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время лазеры дают уникальную возможность проводить в лабораторных условиях широкий круг физических исследований связанных с изучением свойств вещества при воздействии на него мощных потоков энергии. Одним из таких направлений является создание с помощью импульсного лазерного излучения .высокотемпературной дэйтеризвой плазмы с целью осуществления управляемого термоядерного синтеза. Успех этих исследований во многом определяется удачным выбором мишеней, в которых происходит преобразование лазерной энергии в теплозую . энергию плазмы. Наибольшее распространение нашли разной степени сложности сферические мишени, с помощью которых получены наиболее обнадёживающие результаты.

Среди прочих особое место занимаят конические мишени с тяжёлой оболочкой ввиду того, что с их помощью в условиях относительно умеренных интенсивностей воздействия удается достичь образования плотной дейтериевой плазмы, нагретой до термоядерных температур. В связи с этим приобретает определённый интерес изучение физических процессов, происходящих в конических мишенях. Прежде всего это относится к взаимодействию лазерного излучения с тонкоплйночной лицевой оболочкой мишени. Специфика состоит в том, что взаимодействие, приводящее к ускорения этой оболочки происходит в окружении стенки из тяжйлого материала. Наличие боковой стенки приводит к особенностям при движении оболочки вглубь мишени, выражающимся как в образовании приповерхностных кумулятивных струй так и появлению кумулятивных эффектов при

коллапсе ударных волн и плазменных струй Вблизи центра.мишени. Ввиду ограниченной возможности экспериментальных методов особую актуальность в изучении конических мишеней приобретает необходимость разработки численных программ, моделиругацих изучаемые процессы и позволяющих существенно дополнять общую картину изучаемого явления. В ряде случаев создание численных моделей входит неотъемлемой составной частью при разработке адекватных методов исследования. С точки зрения выяснения механизма'образования высокотемпературной плазмы в конических мишенях особый интерес представляет сравнение результатов опытов с мшенями одного типа, отличающихся по способу воздействия, а, именно, лазерного и взрывного.

Ключевым моментом взаимодействия лагерного излучения о мишенями различного типа является возникновение абляционного давления в зоне поглощения лазерного излучения. К настоящему времени опубликовано обширное число работ, посвящённых этой проблеме. Однако, несмотря на ото, характеристики абляционного давления в области интенсивиостей лазерного излучения (1010 - 101С) Вт/см° оставались практически неизученными. Причина, по-видимому, состояла в трудностях использования зкеперементальных методик, разработанных специально для использования в смежных областях лазерных штенсийностзй. Указанная область лазерных интенсивнос-тей представляет особый интерес с точки зрения теш диссертации, так как большинство экспериментов по лазерному воздействию на конические мишени проведено именно в этом диапазоне интенсивное-тей. Однако актуальность решения этой задачи выходит далеко за рамки этой частной проблемы. И связано это с тем, что в настоя-

щее время лазеры приобрели большое значение как источник мощных ударных волн для использования в физике высоких динамических давлений. Для адекватного описания поведения вещества при воздействии на него импульсного лазерного излучения большое значение приобрело построение широкодиапазонной функциональной зависимости величины абляционного давления от интенсивности лазерного излучения. В качестве примеров, которые подтверждают необходимость знания . такой зависимости можно упомянуть о работах по изучению уравнений состояний с помощью лазеров и явления откола в мишнях из различных материалов. Отметим, что на сегодняшний день лазеры являются пожалуй наиболее перспективным лабораторным источником динамических давлений, недостижимых по величине с помощью других методов.

Цель работы. Вей вышесказанное определило цель диссертации и задачи, которые предстояло решить для её достижения. Основные из них сводились к следующему:

- разработать количественные методы измерения кинематических параметров оболочек конических и цилиндрических мишеней, подверженных воздействию импульсного лазерного излучения:

- оценить теплофизическио характеристики дейтериевой плазмы внутри мишени:

- исследовать кумулятивные явления при высокоскоростном взаимодействии ударника.со стенками конической полости:

- осуществить регистрацию спонтанных электрических полей в плазменной короне оболочки мишени, с цель» диагностики плазмы и оценки степени Их влияния на процессы переноса:

~ измерить баланс анергии, поступавшей внутрь мишени:

- развить. динамические методы определения лазерного абляционного давления с применением численных гидродинамических моделей с реальными уравнениями состояния:

- изучить количественные характеристики абляционного давления в диапазоне лазерных интенсивностей (Ю1** - Ю18) Вт/см8 с последующим построением шрокодиапазоиной зависимости абляционного давления от интенсивности лазерного излучения:

- изучить особенности явления откола, возникающего при выходе ударной волны на тыльную поверхность исследуемой плоской мишени, в условиях больших скоросте деформаций.

Научная новизна. В результате проведённых исследований в диссертации впарвые

- получена завершенная картина процессов, приводящих к образованию высокотемпературной: дзйтериавой плазмы в конических мишенях с регистрируемым выходом нейтронов при воздействии на них . импульсным лагерный излучением и линейными взрывными метательными системами:

- измерены абляционные характеристики взаимодействия лагерного излучения с оболочкой конических и цилиндрических мишеней: а именно, абляционнре давление, скорость испарения оболочки, ускорение, построены V - t диаграммы движения оболочек мишенэй:

- изучены количественные характеристики ускорения и торможения тонких оболочек цилиндрических мкиеней; заполненных ксеноном или воздухом:

- измерена величина полной энергии,; поступающей внутрь кони-

ческой мишени:

- сделана оценка злектрснной температуры плазменной короны конической мишени методом двухфольговой рентгеновской методики и на основе регистрации в ней спонтанных электрических полей:

- установлен характер, образования двойных электрических слоев в плазменной коронэ оболочки цилиндрической мишени:

- описаны кумулятивные явления, обнаруженные при высокоскоростном взаимодействии ударника со стенками мишени:-

- установлен эмпирический "скейлинг", позволивший оценить температуру и количество дейтерия, участвующего в реакции синто-: за:

- совокупностью взаимно дополняющих методик установлена функциональная зависимость абляционного давления от интенсивности лазерного излучения в диапазоне (10го - Ю12) Вт/см8:

- изучены особенности явления откола на тыльной стороне алюминиевых мишеней различной формы при инициируемой лазерным излучением скорости деформации, превышающей Ю7 1/с.

Практическая ценность полученных результатов состоит главным образом в том, что они Позволяют оценить перспективность использования мишеней различного типа для целей управляемого термоядерного синтеза. Кроме того построенная широкодиапазонная зависимость абляционного давления от интенсивности лазерного излучения .даЗт возможность адекватного описания процессов лазерного ударного воздействия в широком диапазоне изменений физико-моха-нических свойств исследуемых мишеней.

Достоверность результатов подтверждается дополнявшими друг

друга экспериментальными данными, их соответствием выводам на основа теоретических моделей, а такяе независимыми исследованиями, выполненными другими авторами в аналогичных зкслеримелталь-ных условиях.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались автором на Всесоюзных конференциях по физике плазмы и УТС (Звенигород 1978, 1985, 1986), на Европейских конференциях по взаимодействию лазерного излучения с веществом (.Москва 1978, Прага JS87, Мадрид 1988, Плирзеэ IS90), на Европейской конференции по управляемому синтезу и физике плазмы (Москва 1981), на Всесоюзных совещаниях по уравнениям состояния вещества (лос. Эльбрус, 1СБАССР, 1386, 1988), на Всесоюзных совещаниях "Воздействие мощных потоков энергии на вещество" (Алма-ата, 1985, 1987), на lía— учнпо-коордикационннх сессиях "Исследование неидеальной плазму" (Москва, 1988, 1889), на Конференции по лазерам и их приеиониям (Вашингтон 1975), на Бсосоюзных иколах по моделям механики сплошай среды {Кобулети 1983, Омск 1985), a также на семинарах Физического института и Института общей физики РАН.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 20 публикациях, список которых приведён в конце автореферата.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав и заключения. Работа содержит 215 страниц машинописного текста, 43 рисунка, 12 таблиц и список использованной литературы из 146 наименований.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Установление физических процессов, протекающих при лазерном и взрывном воздействии на конические мишени и приводящих к образованию в них термоядерной дойтариевой плазмы.

2. Разработка мотода торможения а газовой среде с известным уравнением состояния для изучения количественных характеристик ускорения оболочек конических и цилиндрических мишеней.

3. Изучение образования двойных электрических слойв в ллаемгшгсй коране оболочки цилиндрической мишени.

4. Применение динамических методов для нахождения функциональной зависимости величины абляционного давления от интенсивности лазерного излучения'а диапазоне (Ю1® - Юге) Вт/см®.

5. Изучение явлений откола на тыльной стороне Мишелей из алюминиевого сплава АМгБМ как пример существенного использования установленной зависимости для нахождения величины откольной прочности исследуемого материала при значительном увеличении скорости деформации с помощью лазерного воздействия.

СОДЕРЕШВ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обсуядается актуальность проблемы, определяется цель работы и формулируется задачи, которые было необходимо решить в процессе работы над диссертацией. Дано обоснование научной новизны и практической значимости работы.

В первой гхаво диссертации содзрхатся результаты исследований физических процессов, происходящих при лазерном и взрыз-

ном воздействии . на конические мишени и приводящих к нагреву газообразного дейтерия, заполняющего мишень, до термоядерных температур.

Конические мишени . представляют собой полость конической формы в сплошном материале с большой плотностью, заполняемую исследуемым газом, удерживаемым тонкостенной плоской или выпуклой оболочкой.. При ускорениии тем или иным способом оболочки происходит её движение вглубь мишени, сопровождающееся сжатием и нагревом содержащегося в мишени.газа. Конические мишени- один частный случай мишеней для управляемого термоядерного синтеза с инерциальным удержанием плазмы тяжёлой оболочкой. Занимая промежуточный случай между цилиндрическими мишенями и чисто сфвричос-кими мишоиями, они представляют самостоятельный интерес для изучения. Интерес к коническим мишеням связан также и с тем, что как часть сферического обьбма они могут быть моделью оболочач-ных сферических мишеней, которые нашли широкое применение в экспериментах по осуществлению лазерного термоядерного синтеза. При этом процессы, протекающие в сферических мишенях, предположительно могут быть смоделированы в конических мишенях при потоках энергии значительно меньших, чем это обычно принято в слу-' чае сферических мишеней. Основное содержание первой главы опубликовано в работах .11-3, 7-9, 12-143.

Исследования проводились с мишенями с углом р&скрыва конической полости 30° и С0°, имеющими диаметр входного отверстие 2 мм. Конические мишени изготавливались методом пресования цилиндрических образцов из свинца (Рй). Сборка мишеней производилась а атмосфере дейтерия методом опрэссовки. Газ, заполняющий

мишень ограничивался со стороны лазерного излучения тонкой плёнкой из полиэтилентерефталата ССюО^НвЗп (ПЭТФ) толщиной I, 3 и 5 мкм. Лазерная система на неодимовом стекла о длиной волны излучения 1.06 йки обеспечивала на мишени энергию до 80 Дж при длительности лазерного импульса почти гауссовой формы 22 не.

Движение оболочек шшеней изучалось методом'регистрации доплеровского смещения длины волны греющего лазерного излучения при его отражении от оболочки мишени. Для этого, была использована система из монохроматора и элотронно-оптической камеры. Неточность в определении величины скорости движения оболочек не превышала 0.17 10е см/с. Былй установлено, что в исслэдуемых условиях движение оболочек мишеней, вызванное абляционным действием лазерного излучения, с большой степенью достоверности происходит так же как и в модели реактивного движения. Исходя из этого обстоятельства были сделаны количественные оценки величины действующего абляционного давления и скорости испарения массы оболочки мишени. Средние величины абляционного давления оказались равными (12.7*1.4) и (24.2+2.8) кйар, соответственно для 30° и 60е мишеней; а скорости испарения оболочки (1.2+0.2) и (2.0+0Л) Ю4 г/см"с.

Эксперименты показали также, что на первой стадам процесса в результате воздействия,лазерного излучения оболочка мишени полностью превращается в облако.испаренного вещества, разлетающегося как внутрь, так и наружу мишени. Причем скорость границы, движущейся внутрь мишени, достигает значений 10т см/с.

Измерения с помощью специального калориметра показали, что внутрь исследуемой мишени попадает около 15% от полной энергии

лазерного излучения, действующего на мишень и лишь 10% от этой энергии . составляет кинетическая энергия 'неиспарэнной части оболочки. Установлено, что тепловые потери при движении оболочки и сопровождающей ее части плазменной короны внутри канала в тефлона незначительны. Тепловые потери несколько возрастают при замене тефлона на латунь. В дополнение к этому численное моделирование на основе, традиционной квазинейтральной газодинамической системы уравнений показало, что тепловая энергия вещества оболочки, движущегося внутрь мишени,.не превышает 10-15% от его кинетической энергии. Доля лазерного излучения, проникающего за оболочку мишени зависит от типа оболочки и не превышает 1.8 Дк (приблизительно 6-10% от величины всей лазерной энергии).

С целью диагностики свойств плазмы дейтерия внутри мишени была проведена серия измерений величины нейтронного выхода в зависимости от условий опытов. При этом варьировались угол мишени, начальное давление дейтерия, лазерная энергия. Анализ результатов этих измерений показал, что в рамках сделанных предположений (тепловая энергия плазмы дейтерия пропорциональна полной лазерной энергии) имеет место определённая функциональная зависимость величины нейтронного выхода от начальных условий. Наличие этого факта привело к возможности оценить температуру дейтерия (2-2.6 кзВ) и его количество, участвующее в реакции синтеза (не болаеЮй от исходного количества дейтерия, заполняющего мишень). Наибольшая зарегистрированная величина нейтронного выхода при лазерном воздействии на конические мишени составила 4 Ю4 нейтронов на опыт.. Отметим, что наличие функциональной зависимости результатов измерений нейтронного выхода от начальных условий

опытов позволяет прогнозировать результат воздействия лазерного 'излучения на конические оболочечные мишени.

В завершение первой главы диссертации изложены результаты ЕКспариментоБ по скатим и нагреву газа (дейтерия) в конических мишенях при торможении металлических лайнеров, ускоряемых продуктами детонации конденсированных взрывчатых веществ. Экспери-мзнтч по взрывному сжатия дают интересный подход к изучении и оптимизации мишеней для импульсного термоядерного синтеза. Помимо значительного расширения интервала энергий, взрывной метод позволяет изучать гидродинамику сжатия в чистом виде, без рассмотрения сложных процессов взаимодействия электронных пучков или света с плазмой. Основной результат этих экспериментов состоит в том, что, хотя максимально достижимая скорость лайнера но превышала 5-6 км/с (без использования эффектов кумуляции), наблюдался устойчивый нейтронный выход 10е нейтронов на взрыв. Применение специально разработанных слоистых систем, помещаемых между ударником и оболочкой мишени, приводило к увеличению нейтронного выхода в несколько раз. Причина- возрастание в этом случае скорости оболочки мшени до 18 км/с (эксперимент, численное моделирование).

Итоговый результат экспериментов с коническими мишенями можно представить в вида следующей качественной картина процессов, протекавших в конических мишенях. На первой стадии происходит ускорение оболочки мишени при её взаимодействии с лазерным излучением, либо линейной взрывной метательной системой. При взаимодействии движущейся оболочки мишени с её тяжелой стенкой может проявиться кумулятивный эффект, приводящий к увеличении

на оси мишени скорости движения материала оболочки. В определённый момент небольшая часть дейтерия оказывается захваченной вблизи центра мишени, будучи ограниченной стенкой мишени й движущимся с большой скоростью конгломератом оболочки мишени. И, ь'*кон0ц, окончательный нагрев дейтериевой плазмы до термоядерной температуры происходит при интерференции ударных волк (вызванных движением оболочки в атмосфере дейтерия) при их отражении от сферической поверхности центральной части конической мишени (обусловленной технологией её изготовления), с последующим дожатием и догревом дейтерия в процессе тормохония налетающей оболочки. Количественные характеристики, полученные в результате исследований, изложенных в первой главе диссертации, дают основу для оценки возможных применений конических и цилиндрических мишеней для научных и практических целей.

В целом полученные результаты показывают перспективность использования мишеней конической геометрии с тяжёлой оболочкой для импульсного сжатия и нагрева дейтерия до термоядерных температур. Результаты работы позволяют на новом уровне понимания привлечь внимание к специальной газовой мишени (цилиндрический канал в тяжёлом материала, заполнений газообразным дейтерием и ограниченный с торцов тонкой плёнкой), предложенной П.П.Паши-

пиным и А.М.Прохоровым в 1970 г. для целей термоядерного ските-

за. Изученный класс мишеней представляет также значительный интерес и как источник жёсткого рентгеновского излучения и интенсивных импульсных корпускулярных потоков.

Вторая глава диссертации содержит результаты исследований

спонтанных электрических полей в плазменной короне движущихся оболочек цилиндрических мишеней. Интерес к этой задаче вызван тем, что процесс образования плазмы при взаимодействии лазерного излучения с мишенью сопровождается появлением спонтанных электрических и магнитных полай, обусловленых разделением зарядов и возникновением мощных алектрических токов. Возникающие электрические и магнитные поля в определённых условиях могут существенно влиять на физические процессы взаимодействия, такие, кок теплопроводность, поглощение и излучение в плазме на рентгеновское излучении из плазмы мишени. Кроме того измерение спонтанных электрических полей даёт возможность оценить температуру лазерной плазмы оболочек мишеней в той области значений, которая трудно доступна для применения существующих методов измерения температуры плазмы. Основные результаты, изложенные во второй глазе, опубликованы в С153.

Эксперименты проводились на лазерной установке "СИРИУС" (ИОФ РЛШна неодкмовом стекле с длиной волны излучения 1,06 мкм с регулируемой Формой и длительностью лазерного импульса. Элякт-роконтактные датчики для регистрации локальной разности потенциалов в плазменной корено движущейся оболочки мишени, представляющие собой пару электродов толщиной 50 и шириной 125 мкм, помещались з боковой стенке цилиндрической мишени на фиксированных расстояниях от входной полимерной оболочки мишени. С помощью специальных мэр датчики были защищены от действия электромагнитных наводок, сопровождающих образозание плазмы в момент действия импульса лазерного излучения на оболочку мишени.

Анализ зарегистрированных осциллограмм электрических сиг-

налов показал, что в условиях проведённых опытов происходит процесс разделения электрических зарядов плазмы и этот процосс носит устойчивый характер. Оказалось, что гюиаходит расолоениа плазмы на несколько чередующихся разноимённо заряженных слоёв при сохранении в целом квазинейтральности плазменного облака, Количественные оценки показал;;, что в локальных областях плавны происходит почти полное разделение зарядов, пркводящеа к появлению электрического полп с напряжённостью до 2 - 3 кВ/см.

Подученйкэ осциллограммы показывают, что полярность зарегистрированного сигнала зависит от значения интенсивности лазерного излучения. Если интенсивность ыэкшэ 0.6 1011 Вт/см8 сигнал преимущественно отрицательный. При иятенсивностях, больших '1.2 10" Вт/см*- положительный. В промежуточной области интен- > сивностей сигнал носит деуполярный характер. 8то легко пенять, если учесть, что процесс испарения оболочки и пдазмообразования идёт таким образом, что в условиях настоящих экспериментов при интенсивностях, больших Ю11 Вт/сма, происходит полное испаре-. нче и нагрев оболочки мишени. В этом случае "отрыв" электронов от плазмы происходит в обе стороны от мишени, что соответственно меняет распределение потенциала в плазме. В случае если лазерный импульс иная синусоидальную модуляции, вызванную биением мод в задающем генераторе лазерной системы, регистрируемый электрический сигнал так ке характеризовался симметричной осцилляци-онной структурой. В тех случаях, когда мишень была заполнена атмосферой газа на переднем фронте осциллограмм видна специфическая, сохраняющаяся во времени структура электрического поля, вызванная разделением зарядов на фронте ударной волны в газе.

Поскольку в конечном итоге разность потенциалов электрического поля в плазменной короне определяется температурой плазмы, полученные результаты позволили оценить температуру плазменной ковоны оболочки цилиндрической мишени. Независимые измерения с помощью двухфольговой рентгеновской методики подтвердили сделанные оценки.

Полученные экспериментальные данные относительно структуры электрических полай могут быть положены в основу расчётов спонтанных магнитных'полей в плазменной короне оболочек исследу-еш!х конических мишеней, а также учтвны при численном моделировании возникающих гидродинамических процессов.

Третья глава диссертации содержит результаты исследований абляционных и динамических характеристик лазерного воздействия на плоские мишени, опубликованные в [4-6, 10, II, 16-203.

К наиболее важным характеристикам взаимодействия лазерного излучения с веществом относится величина абляционного давления, являющегося результатом испарения и разлёта части материала мишени. Одним из способов изучения абляционного давления является измерение кинематических параметров фольг, ускоряемых действием лазерного излучения. Ускорение фольг под действием лазерного излучения является составной частью экспериментов по создании высокотемпературной плотной плазмы в специальных оболочечных мишенях и одного из методов достижения с помощью лазеров высоких динамических давлений. Другой способ определения количественных характеристик абляционного давления состоит в измерении характеристик распространения ударных волн в мишенях с известным урав-

нением состояния.

Процесс, приводящий к появлению абляционного давления, да-• ёт возможность с помощью лазеров генерировать в исследуемых об-' разцах ударные волны с давлениями, превышающими сотни мегабар и . исследовать свойства вещества в экстремальных условиях, не достижимых в настоящее время другими лабораторными средствами. Так как длительность лазерного воздействия можно варьировать в широких пределах, это открывает большие возможности изучения нестационарных процессов распространения ударных волн в исследуемых мишенях.• В частности открываются уникальные возможности изучения откольных явлений, возникающих при отражении импульса давления от тыльной поверхности мишени.

Для определения абляционого давления и скорости испарения материала оболочки мишени была разработана специальная экспериментальная методика, основанная ка измерение кинематических параметров оболочки при об торможении в газовой атмосфере, заполняющей цилиндрическую мишень {ксенон, воздух). Применимость использованного квазистационарного приближения при описании движения оболочки мшен и (фольги) подтверждена численным моделированием нестационарного процесса разгона и торможения тонкой фольги в атмосфере ксенона, ускоренной абляционным действием лазерного излучения. При этом использовано реальное уравнения состояния ксонона.

Предложенным методом определены величины испаренных масс фольг из полиэтилентерефталата, находящихся внутри цилиндрического канала, в зависимости от энергии лазерного излучения в диапазоне 10 - 30 Дж, при длительностях лазерного импульса 22, 40

и 70 не. Найдены эффективные значения абляционного давления в диапазона интенсивностэ лазерного излучения (0.2-2Н011 Вт/сме. Полученные результаты оказались в удовлетворительном согласии с экспериментальными данными других авторов. Численным методом установлено, что характер распространения ударной волны, возбуждаемой движением фольги в газе, заполняющем канал, близок к автомодельному .

Для определения вида функциональной зависимости абляционного давления от интенсивности лазерного излучения в ранее мало изученном диапазоне Ю1о-101в Вт/смя были использованы также и данамическио метода, принятые во взрывных экспериментах по изучению уравнений состояний исследуемого вещества. С этой целью изучались характеристики распространения ударной волны в алюминиевой мишени, возбуждаемой действием лазерного абляционного давления на ей поверхности. Ввиду нестационарности процесса действия лазерного абляционного давления неотъемлемой составной частью динамического метода диагностики ударных волн явилось численное моделирование на основа уравнений гидродинамики с использованием реального уравнэния состояния эталонной мишени (в данном случае- алюминиевой), Суть метода состояла в фиксации мо-,ыента выхода фронта ударной волны на тыльную сторону мишени, а затем на основе численного моделирования процесса распространения ударной волны вычислении амплитуды абляционного давления на ей лицевой поверхности. Для фиксации момента выхода ударной волны на поверхность мишани использовались разные способы, в том числе- интерференционный, с помощью волоконных световодов и электронно-оптической камеры, элактроконтактный. Анализ методом

н&ииеньшх квадратов совокупности полученных в настоящей работе данных показал, что в диапазоне интансивностей от 4-Ю10 до 3-Ю" Вг/сы® функциональную зависимость абляционного давления от интенсивности лазерного излучения можно представить в виде: Р* (кбар) = (26 ± ЗМ^/Ю11 Вт/смЕ)1-6 — °'й.

Использованный метод определения величины абляционного давления был апробирован в диапазоне лагерных интансивностсй 4-Ю13 - 3.5-Ю14 Вт/см®, для которого к настоящему времени разными исследователями получены обширные данные. В стой диапазона абляционное давление достигет величин вплоть до 40 Мбар, Эксперименты были проведены на неодимовой лазерной установке "КАМЕРТОН" (ИОФ РАН) с преобразованием излучения во вторую гармонику с длиной волны 0.53 мкм. Лазерный импульс имел близкую к трапецеидальной форму с длительностью по полувысоте 1.8 но. Получои-ныо результаты оказались в удовлетворительном согласии с известными из литературы данными.

Полученная в диссертации функциональная зависимость абляционного давления от интенсивггосги лазерного излучения существенно дополняет полученную другими авторами картину поведения абляционного давления, что способствует прогрессу в использовании лазеров для изучения физико-механических свойств вещества и технологических целей. Тем болае, что исследованная область лазерных иняенсивиостей типична для многих лабораторных импульсных лазерных установок. Разработанные экспериментальные методики могут найти болоо широкое применение, чем это диктовалось конкретными целями, поставленными в диссертации. Так, например, мэтод торможения фольг можно использовать для изучения в ранее

неисследованных условиях термодинамических свойств газов и газовых смесей.'

.Одни,! кз примеров успешного использования полученной зависимости являются'приведённые в диссертации результаты исследований прочностных свойств конструкционного материала АМгбМ в условиях лазерного нагруженил. Сочетание экспериментальных и численных методов позволило установить основные особенности и некоторые количественные характеристики изучаемого явления. Основной результат проведённых зкспоримонтов состоит в том, что сокращение длительности ударного'воздействия на мишень и соответственно уменьшение пространственных масштабов сткольного явления приводят к существенному увеличению, яеличины откольной прочности и уменьшению энергозатрат на отдаление откольной тарелки. Это обстоятельство следует учитывать при постановке экспериментов и при разработка адекватных числонннх моделей явления откола а условиях воздействия короткими импульсами давления.

В заключении перечислены и кратко обсуждаотея полученные в диссертации основные результаты.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

¡.Проведено комплексное -изучение физических процессов, протекающих в наполненных дейтерием оболочечных конических мишенях при воздействии на них лазерным излучением (длительность 20 не, интенсивность ЮТ1 Вт/см3), а такжэ линейиши-.взрывными метательными системами (скорость уд-арника 5.4 км/с); в результате чего установлен механизм нагрева дейтерия до термоядерных температур.

2.Установлены эмпирические "скейлинги", позволяющие по параметрам лазерного излучения и начальным условиям опытов оценить величину нейтронного выхода, степень нагрева и количество дейтерия, участвующего в реакции синтеза, при взаимодействия лазерного излучения с коническими мишенями.

3.Экспериментально изучено пространственное распределение разности электрических потенциалов, вызванное, разделением электрических зарядов с образованием двойных электрических слоев в ■ плазменной короне движущихся оболочек цилиндрических мишеней.

4.С помощью специально разработаной методики, основанной на измерении характеристик торможения тонких фольг в атмосфере ксенона или воздуха, определены средняя скорость испарения материала оболочки цилиндрической мишени и величины лазерного абляционного давления.

5.Методами физики динамических давлений установлено эмпирическое соотношение, связывающее величину, абляционного давления с величиной интенсивности лазерного излучения в диапазоне Ю1° -Ю1" Вт/см®.

6.Экспериментально изучены особенности явления откола на тыльной стороне мишеней иг алюминиевого сплава АМгбМ при скорости деформации вещества более Ю7 1/с, вызванной импульсами давления длительностью 2-60 не, генерируемыми с помощью лазерного излучения.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Вовченко В.И., Гончаров A.C., Касьянов B.C., Козлов О.В., Красюк И.К., Малютин A.A., Пастухов Н.Г., Пашинин П.П., Прохоров A.M. Генерация термоядерных нейтронов при лазерном воздействии на конические мишени// Письма в ЖЗТФ. 1977. Т.26,»9. С.628-630.

2. Анисимов С.И., Вовченко В.И., Гончаров А.С, Иванов М.Ф., Касьянов Ю.С.,Козлов О.В., Красюк (1.К..Малютин A.A., Пашинин П.П., Прохоров A.M., Щур Л.Н. //Исследование процесса генерации термоядерных нейтронов при лазерном воздействии на конические мишени// Письма в ЕТФ. 1973. Т.4,»7.

С.388-392.

3. Анисимов С.И., Беспалов В.Е., Вовченко В.И,, Дрёмин A.M., Дубовицкий Ф.И., Жарков А.П., Иванов М.Ф., Красюк И.К., Пашинин П.П., Прохоров A.M., Терновой В.Я.,Фортов В.Е., Щур Л.Н. Генерация нейтронов при взрывном инициировании ДД-реакции в конических мишенях// Письма в ЖЭТФ. 1980.' T.3I.SI. С.67-70.

4. Агеев В.Г., Вовченко В.И., Красюк И.К., Пашинин П.П., Семёнов А.Ю. Измерение массы тонких фольг по динамике их торможения в газовой среде: Препринт ИОФАН В 120, М.,1986. 32 с.

5. Агеев В.Г., Вовченко В.И., Красюк И.К., Ни А.Л., Пашинин П.П., Прохоров A.M., Семенов Д.В., Фортов В.Е. Динамика торможения тонких фольг в атмосфера ксенона. //Письма в • НТФ. 1987. T.I3, »I. С.3-9.

6. Vovchenko V.I., Nee A.L., Krasyuk I.K., Pashinln P.P.., Prokhorov A.M., Semenov A.Yu., Fortov V.E. Thin foil deceleration dynamics in xenon atmosphere. //18th ECLIM. Prague, CSSR, 4-8 May 1987. Book of abstracts. Prague: Nucl. Inform. Center, 1987. P. 129.

7. Вовченко В.И., Волях Т.Е., Касьянов B.C., Красюк И.К., Пашинин П.П., Прохоров A.M., Семёнов А.Ю. Характеристики процесса взаимодействия лазерного излучения с' оболочечны-ми коническими мишенями: Препринт ИОФ АН СССР №179, М., 1987. 43 с.

8. Vovchenko V.I., Volyak Т.В., Kasyanov Yu.S., Krasyuk I.К., Pashinln P.P., Prokhorov A.M., Semenov A.Yu., Pina L. Laser acceleration of thin foils in conic targets // 18th ECLIM. Prague, CSSR, 4-8 May 1987. Book of abstracts. Prague: Nucl. Inform. Center, 1987. P. 151.

9. Агеев В.Г., Вовченко В.И., П.Гейл, И.К.Красюк, Пашинин П.П., Семенов А.Ю. Калориметрическое измерение полной энергии, поступающей вглубь оболочечной цилиндрической мишени: Препринт ИОФ АН СССР №60, М., 1988. S4 с.

10. Агеев В.Г., Вовченко В.И.', Воляк Т.Б., Красюк И.К., Пашинин П.П., Семенов А.Ю. Характеристики лазерного ускорения тонких полимерных фольг в цилиндрическом канале: Препринт ИОФАН В 305. М.,1987. 18 с.

11. Vovchenko V.I., Volyak Т.В., Krasyuk I.K., Pashinln P.P., Prokhorov A.M., Senenov A.Yu. Messurement of thin foil movement velocities inside a cylinder channel // 18th ECLIM. Prague, CSSR, 4-8 May 1987. Book of abstracts. Prague: Nucl. Inf. Cent., 1987. P.128.

12. Б ушан А.В.,: Красвк И.К., Крюков Б.П., Ландш А.А., Минин В.Ф., Пашинин П.П., Семенов А.Ю., Терновой В.Я., Фортов В.Е. О численном моделировании газодинамических явлений в конических мишенях: Препр. ИВТ АН СССР i?6-2?8.

М., I9ВЗ. 42.0.

13. Bushman A.V., Krasyuk I.It., Kryukov B.P., Pashlnln P.P., Prokhorov A.M., Mlnln V.F., Sonenov A.Yu., Fortov V.E. Hy-

_drodynamlc effects In conic thermonuclear targots// 18th ECLIM, Prague, CSSR, May 4-8, 1987: Book of abstracts. Prague, 1987. P.187. : .14. Буиман А.В., Красюк И.К'.,Крюков Б.П.,.Ландам А.А., Минин В.Ф., Пашинин П.П., Прохоров A.M., Семёнов А.Ю., Терновой В.Я., Сортов В.Е. Кумулятивные явления при импульсном воздействии на конические мишени// Письма в ЕТФ.1988. Т.14. вып.19. C.I765-I769.

15. Vovchenko V.I., Hall P., Krasyuk I.It. et al. Spontaneous electric potentials occurlng at laser acceleration of thin foils in a cylindrical channel // 18th ECLIM. Prague, CSSR, 4-8 May 1987. Book-of abstracts. Prague: Nucl. Inf. Cent., 1987. P.130.

16. Абазохоа M.M., Боловолов U.K., Вовченяо В.И., Воляк Т.Б., Красюк И.К., Кузнецов А-В., Нефедов С.И., Пашинин П.П., Фортов В.Ё. Интерференционная система с волоконными световодами для регистрации.движения свободной поверхности. . // В кн.: Физико-химия мекфазных явлений. Нальчик: КБГУ, 1986. С.137-150.

17. Abaiekhov M.M., Belovolov M.I., Vovchenko V.I., Volyak T.B., Kuznetsov A.V., Krasyuk I.K., Pashinln P.P., Prokho-rov A.M., Semenov A.Yu., Fortov V.E. Recording of surface motion by floppier laser interferoaetry. //18th ECLIM. Prague, CSSR, 4-8 Hay 1987. Book of abstracts. Prague: Hucl. Inform. Center, 1987. P. 127.

18. Беспалов В.Б., Бубнов М.М., Вовченко В.И., Демидов Б.А., Дианов Е.М., Иэкин М.В., Красюк И.К., Пашинйн П.П., Прохоров A.M., Нефедов С.М., Рудаков Л.И., Скляров С.Н., Фортов В.Е. Применение волоконных световодов в диагностике мощных ударных doт// Письма в STS.IS84. Т. 10,вып.I.

С.55-60.

19. Белоголов М.И., Вовченко В.И., Канель Г.И., Красюк И.К., Кузнецов А.В., Прохоров A.M., Пашннн П.П., Разоренов С.В., Уткин А.В., Фортов В.Е., Применение лазерных интерферомет-рических измерителей скорости во взрывных экспериментах. // КТФ.1987. Т.57,1? 5. С.918-924.

20. Абазехов М.М., Вовченко В.И., Кильпио А.В., Костин В.В., Кочиов Д.Г., Красюк И.К., Пашинин П.П., Сучков Ю.А., Сортов В.Е. Изучение откольных явлений при воздействии лагерного импульса на мишень из материала АМгбЫ: Препр. ИВТ АН СССР № 1-282. Ы.,1990.40 с.