Лебо Иван Германович – доктор физико-математических наук, профессор, кафедра высшей математики Института искусственного интеллекта.
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Ivan G. Lebo - Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, Department of Higher Mathematics, Institute of Artificial Intelligence, MIREA - Russian Technological University.
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454
Цели. Цель исследования - обзор и анализ результатов работ, посвященных численному моделированию экспериментов по взаимодействию мощных ультрафиолетовых (УФ) лазерных импульсов с конденсированными мишенями. Натурные эксперименты были выполнены в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН на мощном криптон-фтор (KrF) лазере «ГАРПУН». Актуальность исследований связана с тем, что эксимерные УФ-лазеры являются одним из основных претендентов на драйвер в термоядерном реакторе. Физика взаимодействия такого излучения с плазмой имеет свою специфику. Обсуждается возможность использования мишеней в виде встречных конусов в таком ядерно-термоядерном реакторе.
Методы. Для моделирования лазер-плазменных процессов используются физико-математические модели, лагранжевы и эйлеровы методики, двумерные программы в цилиндрических и сферических координатах.
Результаты. Представлены результаты численного моделирования трех типов экспериментов: а) прожигание УФ-лазером алюминиевых фольг различной толщины; б) изучение развития гидродинамической неустойчивости при ускорении тонких полимерных пленок мощным УФ-импульсом и особенностей формирования турбулентного слоя; в) взаимодействие мощных УФ-импульсов с двухслойными мишенями (алюминий + оргстекло) и исследование «тонких» структур, формирующихся в веществе. На основании численных расчетов показано, что в гибридном реакторе с УФ-лазерным драйвером могут применяться мишени в виде двухсторонних встречных конусов.
Выводы. Развиты физико-математические модели и апробированы двумерные программы в эйлеровых и лагранжевых координатах на натурных экспериментах, позволяющие описывать физику взаимодействия мощных УФ-лазерных импульсов с мишенями различной конструкции. Это дает возможность прогнозировать эксперименты реакторного масштаба.
Objectives. The paper aimed to review and analyze the results of works devoted to numerical modeling of experiments on the interaction of high-power ultraviolet (UV) laser pulses with condensed targets. The experiments were carried out at GARPUN, the powerful KrF-laser facility at the P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences (Moscow). The relevance of the research is related to the use of excimer UV lasers as a driver for a thermonuclear reactor. Physical aspects of laser-plasma interaction, including those related to the possibility of using two-sided cone target in a fission-fusion reactor, are discussed.
Methods. The research is based on physico-mathematical models, including Euler and Lagrange.
Results. The mathematical modeling of three types of natural experiments is presented: (1) burning through different thicknesses of Al foils by high-power UV laser; (2) studying hydrodynamic instability development at the UV laser acceleration of thin polymer films and features of turbulent zone formation; (3) interaction of high-power UV laser pulses with two-layer targets (Al + Plexiglas) and study of fine structures. Numerical modeling showed that a hybrid reactor with UV laser driver can use targets in the form of two-sided counter cones.
Conclusions. Physico-mathematical models are developed along with 2D codes in Lagrangian and Eulerian coordinates as confirmed in the results of natural experiments. The models can be used to describe the physics of high-power UV laser pulses interacting with various targets and forecast the results of reactor-scale experiments.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.