冲击波后辐射效应对界面Rayleigh-Taylor不稳定性增长影响机制的研究

After the high-intensity blast wave passes the heavy-light interface, the radiative effects gradually become greater than classical Rayleigh-Taylor instability. However, researches about this phenomenon are still at the theory exploration stage. Therefore, the effects of radiative shock on the development of Rayleigh-Taylor instability have significant meaning in inertial-confinement fusion and astrophysical researches. In order to study the formation condition of radiative shock, this study intends to conduct radiative shock experiments to capture the images of shock wave and x-ray absorption spectroscopy, then the relationship of shock velocity and the preheat of radiative shock can be examined. On this basis, specific experiments can be conducted to study the differences of a radiative shock and non-radiative shock on a Rayleigh-Taylor unstable interface. Meantime, we will simulate the changes of Atwood number, density gradient scale length and ablative velocity under different parameter conditions to investigate the radiative effects on the Rayleigh-Taylor instability. This study will help us to better understand the contribution of radiative shock to the development of Rayleigh-Taylor unstable interface and promote our comprehension levels and predictive abilities about the evolution law of fluids under extreme conditions.

高强度的爆炸波在通过重轻物质界面后会在轻介质中产生辐射冲击波，扰动界面在先产生经典RT不稳定性增长后逐渐受到冲击波波后辐射效应的影响，它与传统的烧蚀RT不稳定性增长机制有所不同。目前国际上对冲击波后辐射效应下的RT不稳定性增长研究尚处于探索研究阶段，对其进行研究在ICF和天体物理研究中有重要意义。为了研究辐射冲击波的形成条件，本项目拟通过辐射冲击波实验获得清晰的冲击波运动图像和X射线吸收光谱图像，分析冲击波速度与辐射效应之间的关系。在此基础上开展辐射与非辐射冲击波条件下的RT不稳定性增长实验，并通过数值模拟分析不同条件下界面Atwood数、密度梯度和烧蚀速度的变化，研究波后辐射效应对界面RT不稳定性增长与传统烧蚀RT不稳定性的差异。本项目研究将有助于理解极强冲击波作用下界面不稳定性的增长及混合过程，提高对极端条件下流体演化规律的认识水平与预测能力。

辐射冲击波条件下的界面流体力学不稳定性现象普遍存在于天体物理中，例如超新星爆发、超新星遗迹及活动星系核的喷射等。在惯性约束聚变研究中，同样存在辐射冲击波条件下的界面不稳定性现象。冲击波后辐射效应会改变冲击波的结构，产生辐射前驱波，从而使界面的不稳定性增长有别于传统的界面不稳定性增长。在高功率激光装置上开展波后辐射效应对界面Rayleigh-Taylor（RT）不稳定性增长机制的研究，认识波后辐射效应对界面不稳定性增长的影响过程和规律，有助于提高极端条件下流体演化规律的认识水平和预测能力。.本项目基于神光Ⅲ原型高功率激光装置，设计并开展了两种激光驱动条件下的界面流体力学不稳定性实验，获得了有、无辐射冲击波条件下的界面不稳定性增长实验数据，建立了开展辐射冲击波条件下界面不稳定性增长研究的实验能力。实验结果显示在较高激光功率密度条件下CHBr扰动样品界面未发生明显的扰动，而在较低激光功率密度条件下CHBr界面测量到长尖刺结构。实验结果说明在较高激光功率密度驱动条件下存在致稳效应抑制了界面的RT不稳定性增长。结合模拟分析发现较高功率密度条件下辐射前驱波阵面与冲击波阵面明显分离，辐射前驱波在冲击波达到扰动界面前烧蚀界面，改变了界面的初始状态，密度梯度、烧蚀速度的增大和界面Atwood数的减小抑制了界面RT不稳定性的增长。.辐射冲击波形成后，辐射向四周传播，不仅作用于已经发生流体力学不稳定性增长的界面，还会辐射烧蚀冲击波未传播到的扰动界面。本工作首次研究了辐射效应在冲击波到达扰动界面前对扰动界面状态的影响，有助于加深天体物理和惯性约束聚变中辐射流体力学条件下的界面不稳定性认识。