Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Проект направлен на экспериментальные и теоретические исследования магнитогидродинамических (МГД) неустойчивостей, развивающихся в плотной высокотемпературной плазме (в пинчах различного вида: металло-плазменные лайнеры, X-пинчи, точечные Z-пинчи) и разработку методов их подавления. В 2019 г. по проекту были выполнены следующие работы: • Проведен анализ результатов, полученных за первый год выполнения проекта, и проведена корректировка экспериментальных схем и методик исследования. • Проведен анализ имеющихся в мире методов стабилизации пинчей, проработаны конкретные схемы экспериментов и методики исследования. • На основе теории малых возмущений разработана модель филаментации, которая позволила выработать критерии стабилизации сжатия пинчей по отношению к перегревным неустойчивостям. • Проведено усовершенствование РМГД-программы, в частности, тех ее блоков, в которых учитывается собственное излучение вещества. • Проведены эксперименты с металло-плазменными лайнерами на установках ИМРИ-5 и МИГ, проведена оптимизация параметров вакуумно-дугового разряда. • Проведены радиационно-магнитогидродинамические расчеты процесса сжатия металло-плазменных лайнеров, проведено сравнение результатов расчетов с результатами экспериментов. • Проведена подготовка экспериментов с металло-плазменными лайнерами на установке ГИТ-12, разработана система вакуумно-дуговых плазменных пушек, позволяющая формировать лайнер с большой погонной массой. • Проведены эксперименты с Х-пинчем, получены экспериментальные зависимости момента рентгеновской вспышки, длительности импульса и мощности излучения от параметров проволочек. Получены статистические данные по числу «горячих точек» в отдельных выстрелах. • Подведены итоги первого года выполнения проекта. После выполнения перечисленных выше работ были получены следующие научные результаты: 1. Для перегревных филаментационных (ПФ) неустойчивостей получено дисперсионное уравнение, которое показывает, что существуют два дестабилизирующих фактора, ведущих к развитию этого типа неустойчивостей. Первый фактор – джоулев нагрев, второй фактор – сжатие оболочки. Показано, что в Z-пинчах при развитии перегревной неустойчивости решающую роль играет первый из факторов, а именно джоулев нагрев. 2. Для идеальной плазмы получены условие стабилизации токонесущей оболочки по отношению к ПФ-неустойчивостям. Так стабилизация оболочки определяется теплопроводностью плазмы, то затухание этих неустойчивостей происходит при росте температуры вещества. 3. Показано, что перегревные филаментационные неустойчивости более интенсивно развиваются в токонесущих оболочках, состоящих из веществ с большими атомными номерами. 4. Проведено сравнение теоретических результатов с результатами экспериментов, проведенных на установке ИМРИ-5, по сжатию каскадированных метало-плазменных лайнеров, которое показало, что причиной появление токовых каналов в процессе сжатия может являться развитие перегревных неустойчивостей. 5. В ходе экспериментов с магниевыми металло-плазменными лайнерами, проведенными на тераваттном генераторе МИГ, проведена оптимизация параметров вакуумно-дугового разряда. Показано, что для генератора МИГ оптимальное (с точки зрения выхода излучения в К-линиях магния) время формирования плазменной струи вакуумно-дугового разряда составляет 2-2.2 мкс. 6. Показано, что при сжатии на генераторе МИГ металло-плазменных лайнеров отсутствуют как Рэлей-Тейлоровские неустойчивости (перетяжки), так и филаментационные неустойчивости (токовые каналы). 7. Показано, что в случае, когда наиболее опасные типы крупномасштабных неустойчивостей оказываются подавленными, что характерно для экспериментов с металло-плазменными лайнерами, магнито-гидродинамические расчеты могут быть использованы не только для интерпретации экспериментальных результатов, но и для их предсказания. 8. Получены экспериментальные зависимости энергии импульса рентгеновского излучения и момента вспышки от погонной массы Х-пинча, которая варьировалась изменением диаметра молибденовых проволочек. 9. Показано, что наибольший выход рентгеновского излучения и наилучшая воспроизводимость параметров импульса излучения, а также наименьшее количество «горячих точек» источника наблюдается при использовании молибденовых проводников диаметром 25 мкм. Результаты экспериментов позволяют сделать вывод, что оптимальным является использование молибденовых проволочек с диаметром в диапазоне (20-30) мкм.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Проект направлен на экспериментальные и теоретические исследования магнитогидродинамических (МГД) неустойчивостей, развивающихся в плотной высокотемпературной плазме (в пинчах различного вида: металло-плазменные лайнеры, X-пинчи, точечные Z-пинчи) и разработку методов их подавления. В 2020 г. по проекту были выполнены следующие работы: • Проведен анализ результатов, полученных за первый год выполнения проекта, проведена корректировка схемы экспериментов и методик исследования. • Проведено усовершенствование численного программного кода (изменена геометрия), в котором предусмотрена возможность расчетов в полярных координатах. • На установке ИМРИ-5 проведены эксперименты с металло-плазменными лайнерами в присутствии аксиального магнитного поля, стабилизирующего процесс сжатия. • На установке ГИТ-12 проведены эксперименты с металло-плазменными лайнерами с системой вакуумно-дуговых плазменных пушек, позволяющей формировать лайнер с большой погонной массой. • Проведены экспериментов с PZ-пинчем, получены экспериментальные зависимости момента рентгеновской вспышки, длительности импульса и мощности излучения от параметров вакуумно-дугового разряда. Получены статистические данные по числу «горячих точек» в отдельных выстрелах. • Подведены итоги второго года выполнения проекта, проведена подготовка результатов исследований к публикации в журналах и изданиях, индексируемых в базе данных "Сеть науки" (Web of Science). После выполнения перечисленных выше работ были получены следующие научные результаты: 1. Разработана двумерная магнитогидродинамическая программа, позволяющая проводить расчеты динамики плазмы в полярных координатах. Магнитогидродинамические расчеты в такой геометрии позволяют моделировать процесс роста филаментационной неустойчивости, и исследовать закономерности их развития. 2. C помощью теории малых возмущений показано, что при наложении аксиального поля инкремент нарастания перегревных филаментационных (ПФ) неустойчивостей может возрасти не более чем в 2 раза, в то время как максимальное волновое число ПФ-неустойчивости, то есть число токовых каналов – филаментов, может вырасти значительно в случае, если плазма замагничена. 3. На генераторе ИМРИ-5 получены экспериментальные результаты по сжатию металло-плазменных лайнеров в присутствии аксиального магнитного поля. Показано, что аксиальное магнитное поле усиливает рост перегревных филаментационных неустойчивостей, что находится в согласии с моделью филаментации, разработанной в ходе выполнения проекта. 4. В ходе экспериментов с металло-плазменными лайнерами на тераваттном генераторе ГИТ-12 были исследованы две конфигурации металло-плазменного лайнера, отличающиеся расположением электродов вакуумно-дуговой плазменной пушки, генерирующей алюминиевую плазму. Обе конфигурации продемонстрировали способность обеспечивать стабильное сжатие лайнера при микросекундных временах имплозии. Конфигурация нагрузки с утопленным в анод разрядным промежутком вакуумно-дуговой плазменной пушки обеспечила эффективную генерацию излучения в К-линиях алюминия. 5. Радиационно-магнитогидродинамические расчеты показывают, что при распространении ударной волны (УВ) в пинче, с нарастающей к оси плотностью вещества, уже на стадии сжатия на фронте УВ достигаются высокие значения температуры, в то время как вещество за фронтом УВ сжимается незначительно. Следствием этого является то, что фронт УВ сильно отрываться от магнитного «поршня» - токового слоя – в нашем случае, на расстояние от 1.5 до 2 см. 6. В экспериментах с PZ-пинчами получены экспериментальные зависимости момента рентгеновской вспышки, длительности импульса и мощности излучения от параметров вакуумно-дугового разряда. 7. Получены статистические данные по числу «горячих точек» в отдельных выстрелах. Показано, что число «горячих точек» зависит от рабочего вещества дугового разряда, с помощью которого формируются PZ-пинчи.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Проект направлен на экспериментальные и теоретические исследования магнитогидродинамических (МГД) неустойчивостей, развивающихся в плотной высокотемпературной плазме (в пинчах различного вида: металло-плазменные лайнеры, X-пинчи, точечные Z-пинчи) и разработку методов их подавления. В 2021 г. по проекту были выполнены следующие работы: • Проведен анализ результатов, полученных за второй год выполнения проекта, проведена корректировка схемы экспериментов и методик исследования. • На основе теории малых возмущений разработана модель формирования филаментов, в которой учитывается собственное излучение плазмы. Разработана модель формирования «горячих точек» и проведено сравнение выводов этой модели с результатами экспериментов по сжатию Х-пинчей. • На установке ГИТ-12 проведены контрольные эксперименты с металло-плазменными лайнерами с системой вакуумно-дуговых плазменных пушек, целью которых являлась выработка рекомендаций по условиям, способствующим стабилизации этого вида лайнерной нагрузки. • Проведены магнитогидродинамические расчеты, моделирующие процесс сжатия металло-плазменных лайнеров, проанализирован набор полученных расчетных данных. • Проведены обработка и анализ набора полученных экспериментальных данных по развитию крупномасштабных неустойчивостей при имплозии металло-плазменных лайнеров, Х-пинчей и PZ-пинчей. Выработаны рекомендаций по параметрам и условиям, приводящим к стабилизации этих видов лайнерной нагрузки. • Подведены итоги выполнения проекта за весь период, проведена подготовка результатов исследований к публикации в журналах и изданиях, индексируемых в базе данных "Сеть науки" (Web of Science). После выполнения перечисленных выше работ были получены следующие научные результаты: 1. На основе теории малых возмущений проведен анализ влияния излучения на развитие перегревных филаментационных (ФП) неустойчивостей в токонесущей плазменной оболочке. 2. Показано, что излучательные потери могут, как усиливать, так и ослаблять рост ФП-неустойчивостей. Характер влияния определяется характером зависимости излучательных потерь от температуры плазмы. В случае, когда радиационные потери достаточно быстро растут с ростом температуры и они преобладают на джоулевым энерговкладом, то за счет излучения возможна полная стабилизация ФП-неустойчивостей. 3. Разработана модель формирования «горячих точек». Проанализирован набор экспериментальных данных по развитию крупномасштабных неустойчивостей, полученных в исследованиях сжатия Х-пинчей. Из анализа экспериментальных данных следует, что разработанная модель дает неплохое как качественное, так количественное согласие с экспериментом. 4. Эксперименты, проведенные на установке ГИТ-12, показали, что изменяя профиль плотности, можно эффективно управлять устойчивостью сжатия Z-пинчей в микросекундном диапазоне времени. Например, наличие провала плотности в приосевой области при сжатии Z-пинчей приводит к необратимому уменьшению стабильности сжатия и уменьшению K-излучения. 5. Эксперименты с металло-плазменными лайнерами, проведенные на установке МИГ при уровне тока 2 МА и времени его нарастания 100 нс, показали, что процесс сжатия пинча устойчив по отношению к динамическим магнитным Рэлей-Тейлоровским (МРТ) неустойчивостям. В процессе сжатия в значительной степени оказываются подавлены и ФП неустойчивости. Стабильность по отношению к динамическим МРТ-неустойчивостям является следствием профилирования начального распределения плотности, при котором реализуется механизм snow-plow стабилизации. Подавление ФП-неустойчивостей обусловлено большой скоростью нарастания тока генератора МИГ. 6. Радиационно-магнитогидродинамические расчеты показывают, что в процессе сжатия пинчей с TD-профилем (то есть начальное распределение плотности вещества, при котором после краткого начального периода роста, скорость границы плазмы в дальнейшем не возрастает), при распространении ударной волны по малоплотному веществу, находящемуся на периферии, возникает не скачек плотности, а скачок температуры. Следствием этого является то, что фронт ударной волны может сильно отрываться от магнитного «поршня», что наблюдается как в экспериментах, так и в расчетах. 7. На основе анализа расчетных и экспериментальных данных выработаны рекомендации по параметрам и условиям, приводящим к стабилизации сжатия металло-плазменных лайнеров (по отношению к магнитным Рэлей-Тейлоровским и филаментационным перегревным неустойчивостям), Х-пинчей и PZ-пинчей (минимизация числа «горячих точек»).