The Richtmyer–Meshkov instability (RMI) is a key mechanism triggering interfacial mixing in high-energy-density plasmas, with shock strength strongly influencing its evolution. In this work, we demonstrate that the growth of the RMI in plasmas does not increase monotonically with shock strength, as predicted by classical idealized theory, but instead exhibits a critical shock strength that maximizes the instability growth. This behavior is revealed through hydrodynamic simulations performed with the FLASH code (Fryxell et al 2000 Astrophys. J. Suppl. Ser.131 273), which incorporates a multi-species transport module (Vold et al 2017 Phys. Plasmas24 042702) using species-dependent coefficients computed from a unified transport theory (Simakov and Molvig 2016 Phys. Plasmas23 032115); (Simakov and Molvig 2016 Phys. Plasmas23 032116). Simulation results show that perturbation amplitude and vortex structures exhibit a non-monotonic dependence on shock strength, with a critical shock strength corresponding to maximal growth, whereas molecular mixing increases monotonically. Decoupled simulations reveal that increasing shock strength naturally introduces a competition between stronger shock compression and acceleration versus suppression by viscosity and mass diffusion, leading to the critical behavior of amplitude. A semi-empirical amplitude model, fitted from a limited number of simulations, is also proposed to rapidly estimate the critical shock strength. Similarly, vortex structures exhibit a critical shock strength due to the interplay between shock-induced compression and baroclinic vorticity deposition versus viscous damping. In contrast, molecular mixing is dominated by enhanced mass diffusion, leading to a monotonic increase of the mixing layer with Mach number. These findings reveal that careful adjustment of shock strength can control the relative contributions of instability-driven mixing and diffusion-driven mixing. This may provide guidance for optimizing laser drive conditions to improve implosion performance in inertial confinement fusion.
リヒトマイヤー・メシュコフ不安定性(RMI)は、高エネルギー密度プラズマにおける界面混合を引き起こす主要なメカニズムであり、衝撃波強度はその発展に強く影響する。本研究では、プラズマ中のRMIの成長は、古典的理想化理論によって予測されるように衝撃波強度とともに単調に増加するのではなく、不安定性成長を最大化する臨界衝撃波強度が存在することを示す。この挙動は、統一的輸送理論(Simakov and Molvig 2016 Phys. Plasmas23 032115); (Simakov and Molvig 2016 Phys. Plasmas23 032116)から計算された種依存係数を用いる多種輸送モジュール(Vold et al 2017 Phys. Plasmas24 042702)を組み込んだFLASHコード(Fryxell et al 2000 Astrophys. J. Suppl. Ser.131 273)を用いた流体力学シミュレーションによって明らかにされる。シミュレーション結果は、摂動振幅と渦構造が衝撃波強度に対して非単調な依存性を示し、最大成長に対応する臨界衝撃波強度が存在することを示す一方、分子混合は単調に増加することを示す。デカップリングしたシミュレーションは、衝撃波強度の増大が、より強い衝撃波圧縮および加速と、粘性および質量拡散による抑制との間の競合を自然にもたらし、振幅の臨界挙動を引き起こすことを明らかにする。限られた数のシミュレーションからフィッティングされた半経験的振幅モデルも、臨界衝撃波強度を迅速に推定するために提案される。同様に、渦構造は、衝撃波誘起圧縮および傾圧渦度の付与と、粘性減衰との間の相互作用により、臨界衝撃波強度を示す。対照的に、分子混合は増強された質量拡散によって支配され、混合層のマッハ数に対する単調増加をもたらす。これらの発見は、衝撃波強度を注意深く調整することで、不安定性駆動混合と拡散駆動混合の相対的寄与を制御できることを明らかにする。これは、慣性閉じ込め核融合における爆縮性能を向上させるためのレーザー駆動条件の最適化に指針を与える可能性がある。