Шелест гранаты

Каждый видел нестабильности, по крайней мере — по телевидению. Попросите ребенка нарисовать разрыв снаряда «на войне» и он начертит несколько линий, исходящих из центра. Из-за нестабильностей слой воды, метаемый взрывом, вырождается в струи, летящие в воздухе (рис. 4.24). Нестабильности развиваются при большой разнице в плотностях движущегося вещества и среды, где происходит движение. Именно такое соотношение и имеет место в ИВМГ: лайнер из меди движется в воздухе. Подобно вырождающемуся в струи слою воды на рис. 4.24, при схождении лайнера, «внутрь» тянутся и струи меди. Увидеть это можно на снимках, сделанных высокоскоростной камерой (рис. 4.25): на поверхности лайнера начинают расти «пальцы», а потом образуется «звезда», разрезающая объем сжатия, на чем процесс усиления поля и заканчивается. Нестабильности существенны уже на радиусах меньших половины от начального, так что лайнер никак не подходил для сжатия до микронных радиусов.

^{Рис. 4.24. Взрыв в воде. Видно развитие нестабильностей: слой воды, метаемый взрывом, вырождается в струи}

Но можно сжимать поле не лайнером, а токопроводящей ударной волной, такие процессы происходят во Вселенной и известны астрономам. Особенность ударного сжатия в том, что оно приводит к существенному повышению температуры вещества. Начиная с некоторого предела, плотность энергии в ударной волне начинает увеличиваться только за счет температуры, а массовая плотность вещества остается постоянной. Заметим также, что при этом все параметры связаны: в одном и том же веществе при одинаковых начальных условиях не могут существовать ударные волны с одинаковыми давлением, но с разными, например, температурами.

Скорость фронта ударной волны всегда превышает массовую скорость вещества за фронтом. «С ходу» такое понять сложновато, поэтому для демонстрации возьмем с десяток карандашей и, оставляя зазоры равные их толщине (что моделирует двукратное увеличение плотности вещества при сжатии), разложим в ряд на столе. Затем начнем двигать крайний из карандашей. Выбрав зазор, этот карандаш толкнет соседний, тот, пройдя зазор — следующий и т. д. Заметьте, что «фронт» процесса (граница области, где находятся карандаши без зазоров между ними) всегда опережает любой из двигающихся карандашей. Чем больше сжатие вещества (больше расстояние между карандашами), тем меньше различаются «массовая» скорость карандашей и скорость фронта, но отличие существует всегда.

Ясно, что чем плотнее «упаковано» атомами вещество, тем сильнее оно «сопротивляется» сжатию. Например, такая в высшей степени упорядоченная структура, как монокристалл, сжимается УВ с давлением в миллион атмосфер всего вдвое. Повышение же температуры в мощной ударной волне приводит к тому, что молекулы вещества за фронтом волны сначала диссоциируют, а потом — ионизуются и составлявшие их атомы. Это означает, что вещество, в исходном состоянии бывшее диэлектриком, может, будучи ударно- сжатым, превратиться в проводник[57].

^{Рис. 4.25. Процесс развития нестабильностей в лайнере ИВМГ. Со временем (интервал между снимками 1,6 мкс) внутренняя поверхность лайнера из цилиндрической становится звездообразной}

Вернемся к аналогии с карандашами и сделаем промежутки между ними совсем незаметными. Тогда, стоит чуть-чуть тронуть их ряд — и фронт «процесса» окажется очень далеко, а «движения вещества» практически не будет. Если сжимаемость мала, а ионизация все же происходит, то магнитное поле сразу оказывается в проводящем веществе, которое «не успеет» сколь-нибудь заметно вытеснить поле в область сжатия — произойдет «вмораживание». Предельный случай вмораживания — ионизация вещества мощным излучением, когда среда может вообще не двигаться. Не сможет двигаться и поле, оказавшееся в такой среде после ионизации. Представим эту ситуацию, расположив между карандашами обрезки веревки — они будут моделировать силовые линии поля. Сдвинувшись, карандаши зажмут веревки между собой и двигаться дальше им можно будет только вместе. Потери на вмораживание специфичны именно для ударного сжатия, они «откусывают» поле по краям области сжатия, в то время как при сжатии поля проводником последний «толкает перед собой» поле, за исключением того, что диффундирует внутрь него.

Подытожим причины, по которым применение ударной волны целесообразно для очень быстрого и очень «глубокого» сжатия магнитного поля.

— По обе стороны фронта ударной волны разница плотностей мала: даже мощные ударные волны с давлением в миллион атмосфер сжимают твердые тела лишь вдвое, а дальнейшее повышение давления сопровождается не сжатием, а ростом температуры. Малая разность плотностей означает, что при ударно-волновом сжатии не развиваются нестабильности.