Thread by @mohsenreyhani01

پدیده فیزیکی ناپایداری ریلی-تیلور(Rayleigh–Taylor instability) و (Richtmyer–Meshkov instability) و اثرات آن بر طراحی هسته‌ای

1) پدیده ریلی-تیلور نوعی ناپایداری است که در مرز سیالاتی در حال حرکت با چگالیهای متفاوت اتفاق می افتاد که باعث حرکات گردابی میشود که بخشی از #رشتو ⚛️🔥

2) انرژی را در حرکات تصادفی ناخواسته تلف میکند. این ناپایداری وقتی قدرتمند میشود که ماده‌ای با چگالی پایین تر بر علیه ماده‌ای با چگالی بالاتر شتاب میگیرد و هر گونه اختلال اولیه در مرز بین دو ماده بدون محدودیت رشد میکند. کاهش شتاب ماده چگالی پایین یکنواخت نیست، در نتیجه ماده چگالی

3) پایین به درون ماده چگالی بالا نفوذ میکند. جریانهای گردابی مرز بین دو ماده را ناپایدار و آشوبناک میکند و اختلال سخت پیش بینی به وجود می‌آورند (البته امروز با هیدرو کدهای پیشرفته میتوان به شبیه سازیهای مناسب رسید). این پدیده در طراحی اولین بمب اتمی مشکلاتی را ایجاد کرد اما

4) فیزیکدانها به واسطه این پدیده با مشکل اساسی تری در طراحی سلاح گرما هسته‌ای مواجه شدند که به عقیده آنها بسیار بر بازدهی سلاح تاثیر میگذاشت، به طوری که ناپایداری ریلی-تیلور را باید دشمن رده اول طراحان اولین سلاح گرما هسته‌ای(هیدروژنی)دانست که موجب توجه ویژه آنها و کار نظری بسیار

5) شد. ناپایداری تیلور عدم قطعیت ترین و بی اطمینان ترین پدیده در آزادسازی واکنش هسته‌ای به شمار میرفت.
در اولین بمب شکافتی هسته‌ای این ناپایداری منجر به طراحی محافظه کارانه تر و احتمالا افزایش لنزهای انفجاری شد. اما در یک سلاح گرما هسته‌ای به صورت کلی در دو نوع ناپایداری

6) هیدرودینامیکی را میتوان دید. ۱- وقتی اشعه X بخش شکافتی ایجاد پلاسمای داغ میکند، این پلاسما به لایه خارجی tamper اورانیومی (پوسته خارجی بخش هیدروژنی که به حفظ ساختار این بخش تا لحظه انفجار کمک میکند و خود اگر ماده‌ای شکاف پذیر باشد میتواند با نوترونهای پرانرژی بخش هیدروژنی دچار

7) شکافن هسته‌ای شود) برخورد میکند و بخشی از لایه خارجی را جدا میکند. در نتیجه لایه خارجی در نقش سیال چگالی پایین و لایه داخلی در نقش سیال چگالی بالا نقش ایفا میکند.
2- دومین ناپایدار وقتی اتفاق می‌افتد که حرکت رو به داخل tamper که به سمت داخل بخش هیدروژنی حرکت میکند با سیال داغ

8) و کم چگالی حاصل از واکنشهای sparkplug (میله‌ای از ماده شکاف پذیر که در مرکز سوخت هیدروژنی قرار میگیرد و به انفجار سلاح گرما هسته‌ای کمک میکند) که تشکیل یک نقطه داغ را داده است دچار کاهش سرعت میشود. ناپایداری تیلور میتواند باعث شود سوخت سرد هیدروژنی با نقطه داغ حاصل

9) از sparkplug مخلوط شود و از انفجار اصلی جلوگیری شود. همچنین ممکن است در اطراف sparkplug و مرز آن با درونی ترین سطوح واکنش های همجوشی ناپایداری کمی به وجود آید.
محاسبات بعدی مشخص کرد که ناپایداری تیلور مشکل بسیار بزرگی که در ابتدا تصور میشد نبوده است (اما برای یک سلاح گرما

10) هسته‌ای کارآمد باید به این پدیده توجه مناسب داشت)
اما طراحی دیگری که این پدیده فکر فیزیکدانان را به خود مشغول کرد و موجب کار نظری و عملیاتی فشرده‌ای شد در طراحی لایه‌ایAlarm Clock بود که در آن ماده شکاف پذیر به صورت لایه به لایه قرار میگرفت و بین آنها با سوخت هیدروزنی پر میشد

11) فیزیکدانها ناپایداری تیلور را برگترین مانع برای انفجار این وسیله دانستند. کار به جایی رسید که برای کاهش این پدیده سطوح داخلی این طراحی فقط با تلرنس یک هزار اینچ تراش خوردند. روسها به صورت مستقل با پیشنهاد ساخاروف این وسیله را ساختند (sakharov's layer cake) که بسیار قدرتمندتر

12) از بمب اتمی معمولی بود اما به قدرت سلاح هیدروژنی واقعی نمیرسید اما سریع تر عملیاتی میشد. حال اینکه روسها واقعا به مشکلی با ناپایداری تیلور خوردند یا اصلا به آن فکر کردند برای بنده نامشخص است اما چیزی که میدانیم طراحی ساخاروف حتی اگر دچار کاهش بازدهی هم شده باشد کار کرد.

13) امروزه در فناوری هم‌جوشی محصورسازی لختی (Inertial confinement fusion) هم این پدیده دیده میشود. وقتی ساچمه ICF با لیزرهای پرتوان بمباران میشود ناهنجاری هایی در مرز بین pusher و سوخت به وجود می‌آید که که خود منتهی به ناپایداریهای هیدرودینامیکی میشود.
شبیه سازیهای دقیق عددی و

14) فیزیکی از این پدیده کمک شایانی به اطمینان پذیری بالاتر سلاحهای هسته‌ای کشورهای صاحب این سلاحها به ویژه کشورهای دارای فناوری سلاحهای هیدروژنی میکند
این ناپایداری را در پدیده‌های دیگری مثل انفجار Supernovaها و ... میبینیم که با توجه به ظرفیتت توییتر از آن گذر میکنیم.

پایان🔥⚛️