Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Проект направлен на экспериментальные и теоретические исследования магнитогидродинамических (МГД) неустойчивостей, развивающихся в плотной токонесущей плазме (в пинчах различного вида: металло-плазменные лайнеры, тяжелые металлические лайнеры, X-пинчи) и разработку методов их подавления. В 2016 г. по проекту были выполнены следующие работы: • Проведен критический анализ имеющихся в мире методов стабилизации лайнеров. • Разработана МГД-программа, в которой учитывается собственное излучение вещества. • Проведены эксперименты и радиационно-магнитогидродинамические расчеты процесса сжатия металло-плазменных лайнеров. Эксперименты проводились на установке ИМРИ-5 при уровне тока 450 кА и времени его нарастания около 450 нс. • Проведены эксперименты по взрыву тяжелых алюминиевых цилиндрических лайнеров, покрытых слоем титана. Эксперименты проводились на установке МИГ при уровне тока 2.5 МА и времени его нарастания около 100 нс. • Проведены эксперименты с вольфрамовыми и молибденовыми Х-пинчами. Эксперименты проводились на установке на малогабаритном сильноточном генераторе при уровне тока 250 кА и времени его нарастания около 200 нс. • Подведены итоги первого года выполнения проекта. После выполнения перечисленных выше работ были получены следующие научные результаты: 1. Разработана двухмерная радиационно-магнитогидродинамическая программа, в которой перенос излучения высокотемпературной плотной плазмы описывается в рамках многогруппового приближения. 2. В ходе экспериментов с магниевыми металло-плазменными лайнерами проведена оптимизация начальных параметров лайнера, создаваемого системой вакуумно-дуговых разрядов. Показано, что в жесткой части спектра (К-линии магния) при соотношении масс между внешней и внутренней оболочками 2.5/1, соответственно, присутствует ярко выраженный максимум, как для мощности, так и для энергии излучения. 3. Разработана методика измерения электрической проводимости и температуры металло-плазменных лайнеров. Измерения основаны на взаимодействии плазмы с импульсным магнитным полем и проводятся по измерению величин электрических сигналов, создаваемых этим магнитным полем в цепях двух зондов – миниатюрных соленоидов, один из которых расположен в объеме исследуемой плазмы, а другой вне плазмы. 4. Анализ, проведенный с использованием двухмерных магнитогидродинамических расчетов, показал, что наиболее вероятной причиной возникновения структуры крупномасштабных неустойчивостей, наблюдаемой в экспериментах по электрическому взрыву проводников в режиме скинирования тока, является рост желобковых неустойчивостей. Рост желобковых неустойчивостей предопределен развитием вблизи поверхности проводника перегревных неустойчивостей, возникающих за фронтом волны нелинейной диффузии магнитного поля, распространяющейся по проводнику. 5. В экспериментах по взрыву алюминиевых цилиндрических лайнеров, покрытых слоем титана, определена оптимальная, с точки зрения подавления МГД-неустойчивостей, толщина внешнего слоя титана, которая составляет приблизительно 50 мкм. 6. В экспериментах с вольфрамовыми и молибденовыми Х-пинчами при уровне тока 250 кА и времени его нарастания около 200 нс показано, что размер излучающей области (горячей точки) слабо зависит от начальной погонной массы пинча. Наибольшая величина энергии излучения за один импульс зарегистрирована для пинчей с погонной массой 250-450 мкг/см.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Проект направлен на экспериментальные и теоретические исследования магнитогидродинамических (МГД) неустойчивостей, развивающихся в плотной токонесущей плазме (в пинчах различного вида: металло-плазменные лайнеры, тяжелые металлические лайнеры, X-пинчи) и разработку методов их подавления. В 2017 г. по проекту были выполнены следующие работы: • Проведен анализ результатов, полученных за первый год выполнения проекта, и проведена корректировка экспериментальных схем и методик исследования. • Разработана МГД-программа, в которой предусмотрена возможность учета аксиальной компоненты магнитного поля. • Проведены эксперименты и радиационно-магнитогидродинамические расчеты процесса сжатия висмутовых металло-плазменных лайнеров. Эксперименты проводились на установке ИМРИ-5 при уровне тока 450 кА и времени его нарастания около 450 нс. • Проведены эксперименты по взрыву тяжелых медных цилиндрических лайнеров, покрытых слоем титана. Эксперименты проводились на установке МИГ при уровне тока 2 МА и времени его нарастания около 100 нс. • Проведены эксперименты с молибденовыми Х-пинчами. Эксперименты проводились на установке на малогабаритном сильноточном генераторе при уровне тока 250 кА и времени его нарастания около 200 нс. • Подведены итоги второго года выполнения проекта. После выполнения перечисленных выше работ были получены следующие научные результаты: 1. Разработана 2.5-мерная радиационно-магнитогидродинамическая программа, в которой предусмотрена возможность учета аксиальной компоненты магнитного поля. 2. В ходе экспериментов с висмутовыми металло-плазменными лайнерами, в которых с помощью магнитных зондов проводились измерения скорости токовой оболочки пинча, показано, что влияние аксиального магнитного поля на скорость сжатия пинча аномально велико, оно существенно больше, чем предсказывают нульмерные и одномерные МГД модели. 3. Результаты численных расчетов, выполненные с помощью по 2.5-мерной гибридной модели, показывают, что эффект Холла, который проявляется только в двух- или в трехмерных системах, является вероятной причиной аномально большого влияния аксиального магнитного поля как на скорость сжатия, так и стабилизацию пинча. 4. В экспериментах по скиновому взрыву медных цилиндрических лайнеров, покрытых слоем титана, показано, что при нанесении на медный проводник внешнего слоя титана толщиной 20-80 мкм, рост крупномасштабных неустойчивостей замедляется по сравнению с их ростом на поверхности однородных медных проводников. 5. Результаты численных расчетов позволяют сделать вывод, что подавление крупномасштабных неустойчивостей на поверхности двухслойных проводником происходит вследствие того, что на поверхности двухслойного проводника отношение плотности джоулева тепловыделения к плотности энергии магнитного поля снижается за счет перераспределения плотности тока по сечению. 6. Экспериментальные исследований, выполненные в ходе работ по проекту, позволяют сделать вывод, что на длину перетяжки и выход рентгеновского излучения Х-пинча основное влияние оказывают параметры импульса тока (амплитуда и скорость нарастания). При этом параметры проволочек Х-пинча, следует подбирать так, что бы импульс излучения формировался вблизи максимума тока.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Проект направлен на экспериментальные и теоретические исследования магнитогидродинамических (МГД) неустойчивостей, развивающихся в плотной токонесущей плазме (в пинчах различного вида: металло-плазменные лайнеры, тяжелые металлические лайнеры, X-пинчи) и разработку методов их подавления. В 2018 г. по проекту были выполнены следующие работы: • Проведен анализ результатов, полученных за второй год выполнения проекта, и проведена корректировка экспериментальных схем и методик исследования. • Разработана МГД-программа сжатия лайнера, в которой предусмотрена как возможность учета аксиальной компоненты магнитного поля, так и возможности расчета бинарных смесей. • Проведены эксперименты и радиационно-магнитогидродинамические расчеты процесса сжатия висмутовых металло-плазменных лайнеров в присутствии аксиального магнитного поля, стабилизирующего процесс сжатия. Эксперименты проводились на установке ИМРИ-5 при уровне тока 450 кА и времени его нарастания около 450 нс • В экспериментах по взрыву тяжелых цилиндрических лайнеров, проведены радиографические исследования структуры крупномасштабных неустойчивостей, развивающихся в процессе электрического взрыва проводников в режиме скинирования тока. Эксперименты проводились на установке МИГ при уровне тока 2 МА и времени его нарастания около 100 нс. • Проведены эксперименты с Х-пинчами, в которых исследовались пространственно-временные характеристики источника мягкого рентгеновского излучения. Эксперименты проводились на установке на малогабаритном сильноточном генераторе при уровне тока 250 кА и времени его нарастания около 200 нс. • Подведены итоги выполнения проекта. После выполнения перечисленных выше работ были получены следующие научные результаты: 1. Разработана гибридная модель, позволяющая моделировать сжатие бинарных смесей, основанная на решении 3х мерных уравнений движения для ионов и электронов и двухмерных уравнений, описывающих изменения магнитных и электрических полей. 2. В ходе экспериментов с металло-плазменными лайнерами, в которых присутствуют вещества с существенно различными атомными номерами, обнаружена структура, представляющая собой две светящиеся оболочки, которые сливаются в одну в поздние моменты сжатия. Магнитогидродинамические расчеты сжатия бинарных смесей показали, что такая структура обусловлена диффузией более легких веществ (с большим отношением заряда иона к его массе) во внутренние слои лайнера под действием электромагнитных сил. 3. На основе экспериментальных данных и результатов магнитогидродинамических расчетов исследованы механизмы диссипации энергии в плазму лайнеров, ускоряемых в присутствии внешнего аксиального магнитного поля. Показано, что энерговклад в лайнер и его излучаемая энергия не всегда являются монотонно убывающей функцией от величины начального внешнего магнитного поля. В случае, когда значительная часть магнитного потока успевает продиффундировать из лайнера в вакуум, присутствие аксиального магнитного поля может привести к увеличению энерговклада за счет стабилизации процесса имплозии. 4. В экспериментах по взрыву в режиме скинирования тока тяжелых металлических лайнеров (алюминиевых и медных) определена оптимальная, с точки зрения подавления магнитогидродинамических неустойчивостей, толщина внешнего слоя металла с относительно малой электропроводностью (титана). Для алюминиевых лайнеров оптимальная толщина титана составила 50 мкм, для медных 20 мкм. Показано, что при одинаковых значениях магнитных полей, как расширение проводников в процессе скинового взрыва, так и развитие крупномасштабных неустойчивостей носит более интенсивный характер у металлов с меньшей плотностью энергии сублимации (в нашем случае – алюминий). 5. По результатам экспериментов на малогабаритных сильноточных импульсных генераторах получены данные по количеству излучающих точек, формирующихся на перетяжке Х-пинча, по их взаимному пространственному расположению и их относительной интенсивности в разных спектральных диапазонах.