Чуть было не пропустил интересный вопрос
Б.г.> Проблема в том, что ударная волна не переносит массу. Именно поэтому при больших градиентах давления скорость ударной волны растёт относительно скорости звука, что перенос массы происходит на очень небольшое расстояние, а потом эта масса возвращается почти на то же место.
Гм... Отличный ход! Я думал. И вот мой вариант ответа.
Да. ЕСЛИ волна - правильная. Типичная синусоида - например.
Ударная волна, это ведь по-сути "кривая", перекошенная "правильная" волна.
И по-сути, да, ударная волна, если она идеально-ПРАВИЛЬНАЯ, она переносить ничего не будет. То есть она переносит лишь энергию но не создает импульс СИСТЕМЫ (среды), количество движения среды (который, импульс, кстати ВСЕГДА сохраняется, не только же энергия! И вы тут натолкнули меня на прекрасную догадку по метрике бомбы). Для этого и ударная волна должна быть "неправильной", неидеальной (сейчас всё объясню).
Правильная ударная волна (в моей дурацкой терминологии) это такая волна, которую рисуют в учебниках ЗОМП. С острым пиком за фронтом сжатия (толщина которого стремиться к 0). Но реально такого не бывает. Так в детонационной волне (это самоподпитывающая энергией горения ударная волна) есть...эм.. даже не площадка за пиком, а избиб, который можно условно считать площадкой некой ненулевой ширины. Так вот, чем шире такая площадка, тем больше количество движения (а не только переноса энергии) создает ударная волна.
Идеально (как это и рисуют на диаграммах лазерного УТС) чтобы площадка вообще не обрывалась (она конечно когда-то оборвется, но это уже будет потом, когда всё случилось).
А вообще, да.
Главная мысль. Она примитивна и прекрасна. Энергия - энергией (она втекает, вытекает, преобразовывается в разные виды, там чёрт ногу сломает, не суёмся туда пока). Но КОЛИЧЕСТВО ДВИЖЕНИЯ или импульс, это - совсем другая парафия (как бы). И закон сохранения импульса - отдельный ограничитель на общие параметры системы (как бы они там не извивались). За этом можно и нужно ухватиться!
Если какая-то масса m, упрощенно, движется к центру сферы (а сжатие это всегда изменение объема на давление) со скоростью v, то хотите вы этого или нет, вам нужно что бы какая-то масса M расплачивалась за это количество движения и двигалась с некой скоростью u наружу (разлеталась от сжимаемой сферы). Никак иначе быть не может. Закон сохранения импульса.
И как бы вы не организовывали процессы обмена энергиями там, КОЛИЧЕСТВО ДВИЖЕНИЯ - строго сохраняется.
mv=uM то есть u = vm/M
Обозначим через Z во сколько раз масса M больше m. Z=M/m, то есть M=Zm, тогда, u=v/Z. Тогда соотношение всей кинетической энергии системы к только полезной кинтической энергии сжатия (это уже за вычетом всех преобразований и потерь в самом механизме взаимодействи излучения с материей):
Постройте график этой закономерности (ради этой картины маслом мы всё и делали) и увидьте типичную дилемму конструктора (ради чего всё и надо городить!).
То что мы назваем "ЛАЙНЕРОМ" это и есть масса M, летящая наружу. Как принято говорить, часть, темпера, которая испаряется. А m - это (внимание!) суммарная масса термоядерного топлива плюс масса темпера (который делится, кстати! только он!). Они - сжимаются. И Z фактически означает во сколько раз "обмазка" (то есть лайнер) должна быть ТЯЖЕЛЕЕ сжимаемого ядра (для бомбы деление-синтез-деление это все - горючее синтеза, деления - потом будем разбираться, когда полыхнет).
Ясно что если мы хотим уменьшить массу бомбы мы должны постараться Z как можно ближе приблизить к 0.
Но в этом случае ЭФФЕКТИВНОСТЬ нашего движителя (про двигатель - речи нет, там она тоже заметно меньше 1) тоже стремится к 0. То есть мы получаем коллизию над которой надо ломать голову в битве за оптимизацию, скажем, удельной мощности. Если мы хотим увеличить эффективность передачи энергии от первички к вторичке, то помимо прочих ухищрений, мы должны сделать Z побольше! Но это увеличит "мертвую" массу бомбы и снизит ее удельную мощность. Надо искать компромисс. Нам что важней? Так при Z=1, только половина энергии, преобразованной в движение (абляцию по-сути) превратится в энергию движения сжимаемой массы (при этом при ударном сжатии половина от этой уже половины, в свою очередь пойдет не на работу сжатия, а на паразитный нагрев среды и только при адиабатическом сжатия, без повышения энтропии, вся кинетическая энергия переходит в энергию сжатия).
То есть. Мы, если мы сэкономили на массе лайнера, мы потеряем в передачи энергии от первички к вторичке (ее сжатию). А тут потерь (по пути) и так - мама не горюй! Остаются крохи. Ноль-ноль-дым! Так как быть?
Так что параметр Z - очень ценный для медитации параметр (для метрики бомбы).
Он фактически отделяет мух от котлет. Лайнер от темпера.
И да, то что посчитано выше - идеал. Реальность (при уточнении деталей как все же происходит обмен количеством движения тут конкретно) будет ХУЖЕ (не лучше - точно!). Тут, так просто (из общих принципов) рассмотрен некий абстрактрый ИДЕАЛЬНЫЙ движитель, но вообще говоря реальные движители всегда не иделальны. Они могут приближаться к идеалу (и расплата за это - особая статья обсуждения).
Б.г.> Но это только один подвох. Второй - что, если у нас в сходящемся фронте растёт давление, почему этот рост не передаётся обратно? Почему сжатие не останавливается при таком резком росте давления?
Почему же не остановится? Как раз на пике сжатия и остановится! Это же как сжатие пружины. Вы давите до тех пор, пока реакция пружины (давление) не сравняется с вашим давлением снаружи.
И даже лучше версия наглядного образа. Вы сжимаете пружину запасенной кинетической энергией (почему ПОЛЫЕ сферы лучше цельных? Это отдельная тема для "занимательная физика ядерного оружия") И пока эта энергия движения не перейдет в энергию сжатия пружины процесс сжатия не остановится.
То что пружина сжимается одномерно, а в бомбе сжатие идет в трех или двух плоскостях - это не принципиальное отличие.
Б.г.> Получается, что, чем глубже слой, тем на меньшее расстояние он смещается. И не спасает даже то, что площадь этого слоя с глубиной убывает. Кстати, сфера тут выгоднее, потому что площадь при сжатии убывает квадратично. А у цилиндра - только линейно.
Это если всё время давить. То есть, не так как я выше предполагал, что вы сначала запасаетесь энергией (и количеством движения) для сжатия, а потом его расходуете на "торможение" сжатием, а движетесь с постоянной скоростью внутрь. Тогда давление снаружи должно нарастать пропорционально нарастанию давления изнутри. Верно?
И я тогда не полян чем сфера лучше цилиндра? Учитывая что давление снаружи создает поток энергии света на площадь, то наоборот, цилиндр тут даже лучше. У него наружная площадь с уменьшением радиуса падает линейно, а у сферы - квадратично. Поэтому как раз цилиндр удобней жать "по дурному" сплошняком, сразу перекачивая давление абляции в сжатие (добиться равномерной скорости вряд ли получится, значит будет сначала ускорение, избыточное давление будет запасаться в количестве движения, а потом будет сжатие с замедлением, избыточное количество движения будет расходоваться на сжатие). А вот сферы (так как у них в конце почти нет поверхности для подвода световой энергии) удобней делать тонкостенными и полыми. Сначала такую оболочку лучше разгонять (пока поверхность радиационной абляции огромная), а потом разогнанная масса пусть по инерции сами схлопываются "в точку" (сферу мизерной поверхности). То есть использовать подход молот и наковальня.