The shock-bubble interaction in multi-species plasmas has been investigated via the hybrid fluid-particle-in-cell (PIC) method. Compared with the passive and active scalars used in hydrodynamic simulations, the shock-induced multi-ionic interpenetration is captured by first-principles PIC treatment of multi-species ions, which reveals a dual mixing mechanism involving both ion kinetic effects and plasma diffusion. The results show a mixed area about two times the initial bubble, causing a transformation from a nearly ‘chunk mixing’ state to approaching an ‘atomic scale mixing’ state. The momentum transport property is significantly changed in the mixed plasmas, showing an increase of the plasma viscosity that is involved self-consistently via the multi-ionic collisions. Shock-induced vortices are found to be dissipated persistently by the mixing-increased viscosity, indicating a decrease of the Reynolds number. Present results provide a better understanding of the mixing feature and hydrodynamic evolution during the shock propagation in inhomogeneous medium in inertial confinement fusion implosions.
多種イオンを含むプラズマにおける衝撃波-泡相互作用は、ハイブリッド流体-粒子インセル(PIC)法を用いて調べられた。流体力学シミュレーションで用いられる受動的および能動的スカラーと比較して、衝撃波による多種イオンの相互侵入は、多種イオンの第一原理PIC処理によって捉えられ、イオン運動論的効果とプラズマ拡散の両方を含む二重混合機構を明らかにする。結果は、初期泡の約2倍の混合領域を示し、ほぼ「塊混合」状態から「原子スケール混合」状態へ近づく転移を引き起こす。混合プラズマでは運動量輸送特性が著しく変化し、多種イオン衝突を介して自己無撞着に取り込まれるプラズマ粘性の増加を示す。衝撃波誘起の渦は、混合によって増加した粘性によって持続的に散逸されることが見出され、レイノルズ数の減少を示している。本結果は、慣性閉じ込め核融合爆縮における不均一媒質中の衝撃波伝播中の混合特性と流体力学的進化のより良い理解を提供する。