Resistive magneto-hydrodynamic (MHD) simulations are used to evaluate the influence of three-dimensional inhomogeneities on x-ray power production in wire array Z-pinches. In particular, we concentrate on simulations of wire array Z-pinch experiments on the MAGPIE generator at Imperial College. An initial temperature perturbation is used to stimulate variations in wire core ablation rates that result in a highly non-uniform final implosion. Results indicate that x-ray power production is governed by the symmetry of the implosion surface and by the rate at which current can transfer to the axis through a three-dimensional debris field that trails behind the main implosion. The peak power is ultimately limited by the growth of MHD instabilities in the stagnated pinch. The individual contributions of the implosion kinetic energy, compression of the stagnated pinch, ohmic heating and MHD instabilities to the radiation yield are quantified. The onset of m = 1 instabilities is found to provide an efficient mechanism for dissipation of the magnetic energy surrounding the stagnated pinch. The formation of a helical plasma column not only allows the magnetic field to do work in driving an expansion of the helix but also enhances the ohmic heating by elongating the path of the current through the pinch. The effect of these energy sources combined is to increase the radiation yield to typically 3½ times the kinetic energy of the implosion. Simulations of arrays with different wire numbers, wire material and with nested arrays are used to examine the mechanisms that influence the peak soft x-ray power. In the simulations, peak power can be increased by: increasing the number of wires (which improves the implosion symmetry), by increasing the atomic number of the material (which increases the compressibility of the plasma) and by using a nested inner array (which brings the mass and the current to the axis more efficiently than a single array).
抵抗性磁気流体力学（MHD）シミュレーションを用いて、ワイヤアレイZピンチにおけるX線出力に対する3次元不均一性の影響を評価する。特に、インペリアル・カレッジのMAGPEN発電機におけるワイヤアレイZピンチ実験のシミュレーションに焦点を当てる。初期温度摂動を用いてワイヤコアのアブレーション速度の変動を誘発し、その結果として高度に不均一な最終爆縮が生じる。結果は、X線出力が爆縮面の対称性と、主爆縮の背後に残る3次元のデブリ場を通じて電流が軸へ輸送される速度によって支配されることを示している。ピーク出力は最終的に、停滞したプラズマにおけるMHD不安定性の成長によって制限される。爆縮運動エネルギー、停滞プラズマの圧縮、オーミック加熱、およびMHD不安定性が放射収量に寄与する各要素を定量化する。m=1不安定性の発生は、停滞プラズマを取り巻く磁気エネルギーの散逸の効率的なメカニズムを提供することが見出された。ヘリカルプラズマ柱の形成は、磁場がヘリックスの膨張に対して仕事をすることを可能にするだけでなく、ピンチを通る電流経路を延長することによりオーミック加熱を増強する。これらのエネルギー源が組み合わさる効果により、放射収量は爆縮運動エネルギーの典型的に3.5倍に増加する。異なるワイヤ本数、異なるワイヤ材料、およびネストされたアレイを用いたシミュレーションを実施し、ピーク軟X線出力に影響を与えるメカニズムを調べる。シミュレーションでは、ピーク出力は以下の方法で増加させることができる：ワイヤ本数の増加（爆縮対称性の改善）、ワイヤ材料の原子番号の増加（プラズマの圧縮性の向上）、およびネストされた内側アレイの使用（単一アレイよりも効率的に質量と電流を軸へ輸送）。