In un Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ) Documento "Special Feature" pubblicato online il 26 giugno, I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e dell'Università del Michigan hanno riferito di recenti esperimenti e tecniche progettati per migliorare la comprensione e il controllo delle instabilità idrodinamiche (fluidi) in ambienti ad alta densità di energia (HED) come quelli che si verificano nelle implosioni di fusione a confinamento inerziale sul Impianto di accensione nazionale (NIF).

Questo documento ha descritto quattro aree di ricerca HED che si concentrano sulle instabilità di Rayleigh-Taylor (RT), che sorgono quando due fluidi o plasmi di diversa densità vengono accelerati insieme, con il fluido più leggero (densità inferiore) che spinge e accelera il fluido più pesante (densità maggiore).

Queste instabilità possono degradare le prestazioni di implosione del NIF perché amplificano i difetti del bersaglio e le perturbazioni causate da caratteristiche ingegneristiche come le "tende" utilizzate per sospendere la capsula bersaglio nell'hohlraum e il tubo di riempimento che inietta il carburante di fusione nella capsula.

Al contrario, RT e il suo analogo d'urto, l'instabilità di Richtmyer-Meshkov, si vedono quando le esplosioni stellari (supernovae) espellono il loro materiale centrale, come il titanio, ferro e nichel, nello spazio interstellare. Il materiale penetra e supera gli involucri esterni degli elementi più leggeri del silicio, ossigeno, carbonio, elio e idrogeno. Inoltre, un regime unico di flusso plastico allo stato solido HED e instabilità idrodinamiche possono verificarsi nella dinamica della formazione planetaria e degli impatti di asteroidi e meteoriti.

Il PNAS il documento presenta sintesi di studi su un'ampia gamma di instabilità HED RT rilevanti per l'astrofisica, scienza planetaria, dinamica dell'impatto dell'ipervelocità e fusione a confinamento inerziale (ICF).

I ricercatori hanno detto che gli studi, mentre mirava principalmente a migliorare la comprensione dei meccanismi di stabilizzazione nella crescita RT sulle implosioni NIF, offrono anche "opportunità uniche di studiare fenomeni che tipicamente si possono trovare solo nell'astrofisica delle alte energie, astronomia e scienze planetarie, " come gli interni dei pianeti e delle stelle, la dinamica della formazione planetaria, supernovae, lampi di raggi gamma cosmici e fusioni galattiche.

Gli esperimenti NIF HED possono generare pressioni fino a 100 terapascal (un miliardo di atmosfere). Queste condizioni estreme consentono di guidare campioni di ricerca, o compresso, ai tipi di pressioni che si trovano negli interni dei pianeti e negli interni delle nane brune (a volte chiamate "stelle mancate"). Si prestano anche a studi sull'evoluzione RT che vanno dal caldo, plasmi densi e punti caldi ardenti al centro delle implosioni dell'ICF fino a raffreddarsi relativamente, materiali ad alta pressione sottoposti a flusso plastico allo stato solido ad alta deformazione e velocità di deformazione.

"Abbiamo scoperto che la forza del materiale in queste alte pressioni, stato solido, gli esperimenti di flusso di plastica ad alta velocità di deformazione sono grandi e possono ridurre significativamente i tassi di crescita RT rispetto ai valori classici, " hanno detto i ricercatori. "Questi risultati sono rilevanti per le dinamiche di formazione planetaria ad alte pressioni".

"Una considerazione intrigante, "hanno aggiunto, "è la possibilità di utilizzare questi risultati per migliorare la resistenza alle instabilità idrodinamiche in progetti avanzati di implosioni di capsule ICF".