The interaction of laser radiation with foams of various porosities and low densities has been the subject of several numerical and experimental studies (Nicolaï et al 2012 Phys. Plasmas19 113105; Perez et al 2014 Phys. Plasmas21 023102). In all cases, the modeling of low-Z under-dense foams as uniform gases of equivalent average density using standard radiation-hydrodynamics codes has resulted in heat-front velocities that are considerably faster than those observed experimentally. It has been theoretically conjectured that this difference may be attributed to the breakdown of the foam's morphology, leading to a dynamics of filament expansion where the ion and electron energy partitions are significantly different from those calculated using the uniform gas model. We found that 3D computer simulations employing a disconnected representation of the foam's microstructure which allowed for the dynamics of foam element heating, expansion, and stagnation largely supported the theoretical picture. Simulations using this model for laser experiments on under-dense 2 mg cc−1 SiO2 aerogel foams (Mariscal et al 2021 Phys. Plasmas28 013106) reproduced the experimental data fairly well. We used the validated model in simulations of low-density structured foam-like materials (produced via additive manufacturing) with a variety of morphologies. We found that the log-pile configurations were consistent with the analytical propagation model of Gus'kov et al (2011 Phys. Plasmas18 103114). Further validation of the model was obtained by simulating experiments performed at the Jupiter Laser Facility using the log-pile and octet-truss foam morphologies. Simulations of the foam–laser interaction using a wave propagation code showed that the microstructure was able to enhance stimulated Brillouin scattering (SBS) by concentrating the light energy into density holes. In turn, this promotes laser filamentation, reducing SBS and bringing the predicted values closer to the experimental data.
様々な多孔度と低密度を有するフォームとレーザー放射との相互作用は、いくつかの数値的および実験的研究の対象となってきた（Nicolaïら 2012 Phys. Plasmas 19 113105；Perezら 2014 Phys. Plasmas 21 023102）。すべてのケースにおいて、標準的な放射流体力学コードを用いて低Zアンダーデンスフォームを等価な平均密度を持つ一様な気体としてモデル化した結果、熱波面速度は実験的に観測されたものよりもかなり速くなった。この差異は、フォームのモルフォロジーの崩壊に起因し、フィラメント膨張のダイナミクスにおいて、イオンと電子のエネルギー分配が一様気体モデルを用いて計算されたものと有意に異なるという理論的推測がなされてきた。我々は、フォーム要素の加熱、膨張、および停滞のダイナミクスを可能にする非接続表現を用いた3次元コンピュータシミュレーションが、この理論的描像を概ね支持することを見出した。このモデルを用いたシミュレーションは、アンダーデンス2 mg cc⁻¹ SiO₂エアロゲルフォームを用いたレーザー実験（Mariscalら 2021 Phys. Plasmas 28 013106）の結果をかなり良好に再現した。我々は、この検証済みモデルを、付加製造法によって作製された様々なモルフォロジーを有する低密度構造化フォーム材料のシミュレーションに適用した。その結果、ログパイル構造は、Gus'kovら（2011 Phys. Plasmas 18 103114）の解析的伝播モデルと整合的であることが見出された。モデルのさらなる検証は、Jupiter Laser Facilityにおいてログパイルおよびオクテットトラスフォームを用いて実施された実験のシミュレーションによって得られた。波動伝播コードを用いたフォームとレーザーの相互作用シミュレーションは、微細構造が光エネルギーを密度ホールに集中させることによって誘導ブリルアン散乱（SBS）を増強できることを示した。その結果、レーザーフィラメント化が促進され、SBSが低減し、予測値が実験データにより近づくことが明らかとなった。