A study has been made of the axial contraction of plasma in a theta pinch, which occurs when the magnetic field trapped by the plasma is reversed in sense relative to the confining field, thus creating a closed-field-line configuration. This contraction takes the form of an apparent area shock—that is, of an increase in area—which propagates from the ends of the coil to its centre. Previous studies have shown that the contraction is of this form and that the velocity is of the order predicted by a simple theory.In the present experiment the area changes have been detected by measurement of the changes in flux distribution arising from them with a balanced magnetic pick-up loop system. The amplitude, velocity and rise time of the area shocks have been measured as functions of the initial trapped field at the start of the pinch. The correlations between these factors have been compared with the theoretical predictions.In particular the velocity of propagation predicted by steady state theory is given by the expression V2 = Cu2αy1(y1 + y0) where V is the velocity of propagation, Cu is a characteristic velocity, α a constant depending on tube and coil geometry and y1 y>0 the ratios of the area behind and ahead of the shock, respectively, to the coil area. The experimental value of Cu in a non-steady-state magnetic field was measured to be 1.05 × 108 cm/sec, compared with the theoretical value of 1.0 × 108 cm/sec calculated for constant magnetic field at its peak value.The area behind the shock has been calculated under the assumption that it is of such a value as to give pressure balance at the piston. The derived expression is y12 = 2z where z is the ratio of the area filled with trapped field to the coil area.Combination of these two equations shows that the energy in the shock comes from the disappearance of the trapped field.Finally the results on the apparent rise time of the shock show that its value depends critically on the trapped flux. It is suggested that this may arise from the effects of reversed field loops which close within the plasma. Consequently a comparison of the data with computer calculations may lead to the derivation of information concerning the gradients of field within the plasma.
磁場が閉じ込めたプラズマに対して、閉じ込め磁場とは逆方向に反転した場合に生じる、シータピンチにおけるプラズマの軸方向収縮について研究がなされた。この収縮は、見かけ上の面積衝撃波、すなわち面積の増加として現れ、コイルの端から中心に向かって伝播する。従来の研究により、この収縮はこのような形態をとり、その伝播速度は単純な理論から予測されるオーダーであることが示されている。本研究では、平衡型磁気ピックアップループシステムを用いて、この収縮に伴う磁束分布の変化を測定することにより、面積変化を検出した。面積衝撃波の振幅、伝播速度、および立ち上がり時間を、ピンチ開始時の初期捕捉磁場の関数として測定した。これらの因子間の相関関係を理論的予測と比較した。特に、定常状態理論による伝播速度は、式 V² = C²αy₁(y₁ + y₀) で与えられる。ここで、V は伝播速度、C は特性速度、α は管およびコイルの幾何学的形状に依存する定数、y₁ と y₀ はそれぞれ衝撃波背後および前方の面積のコイル面積に対する比である。非定常磁場中での実験による C の値は 1.05 × 10⁸ cm/sec であり、ピーク値における一定磁場を仮定して計算された理論値 1.0 × 10⁸ cm/sec と良好な一致を示した。衝撃波背後での面積は、ピストンにおいて圧力平衡が成立するという仮定の下で計算され、導出された式は y₁² = 2z である。ここで z は捕捉磁場で満たされた面積のコイル面積に対する比である。これら二つの式を組み合わせることで、衝撃波のエネルギーが捕捉磁場の消滅に由来することが示される。最後に、衝撃波の見かけ上の立ち上がり時間に関する結果は、その値が捕捉磁束に強く依存することを示している。これは、プラズマ内部で閉ループを形成する反転磁場ループの影響によるものと示唆される。したがって、実験データと計算機シミュレーションとの比較は、プラズマ内部の磁場勾配に関する情報の導出につながる可能性がある。