The Z-pinch, perhaps the oldest subject in plasma physics, has achieved a remarkable renaissance in recent years, following a few decades of neglect due to its basically unstable MHD character. Using wire arrays, a significant transition at high wire number led to a great improvement in both compression and uniformity of the Z-pinch. Resulting from this the Z-accelerator at Sandia at 20 MA in 100 ns has produced a powerful, short pulse, soft x-ray source >230 TW for 4.5 ns) at a high efficiency of ∼15%. This has applications to inertial confinement fusion. Several hohlraum designs have been tested. The vacuum hohlraum has demonstrated the control of symmetry of irradiation on a capsule, while the dynamic hohlraum at a higher radiation temperature of 230 eV has compressed a capsule from 2 mm to 0.8 mm diameter with a neutron yield >3 × 1011 thermal DD neutrons, a record for any capsule implosion. World record ion temperatures of >200 keV have recently been measured in a stainless-steel plasma designed for Kα emission at stagnation, due, it was predicted, to ion-viscous heating associated with the dissipation of fast-growing short wavelength nonlinear MHD instabilities. Direct fusion experiments using deuterium gas-puffs have yielded 3.9 × 1013 neutrons with only 5% asymmetry, suggesting for the first time a mainly thermal source. The physics of wire-array implosions is a dominant theme. It is concerned with the transformation of wires to liquid-vapour expanding cores; then the generation of a surrounding plasma corona which carries most of the current, with inward flowing low magnetic Reynolds number jets correlated with axial instabilities on each wire; later an almost constant velocity, snowplough-like implosion occurs during which gaps appear in the cores, leading to stagnation on the axis, and the production of the main soft-x-ray pulse. These studies have been pursued also with smaller facilities in other laboratories around the world. At Imperial College, conical and radial wire arrays have led to highly collimated tungsten plasma jets with a Mach number of >20, allowing laboratory astrophysics experiments to be undertaken. These highlights will be underpinned in this review with the basic physics of Z-pinches including stability, kinetic effects, and finally its applications.
Zピンチは、プラズマ物理学において最も古い研究対象の一つであるが、その本質的に不安定なMHD特性のため数十年間顧みられなかった後、近年顕著な復興を遂げている。ワイヤアレイを用いることで、高ワイヤ数における重要な遷移が、Zピンチの圧縮性と均一性の両方において大幅な改善をもたらした。この結果として、サンディア国立研究所のZ加速器は、20 MA・100 nsの駆動条件において、出力>230 TW・持続時間4.5 nsの強力な短パルス軟X線源を、約15%の高い効率で生成することに成功した。これは慣性核融合への応用可能性を持つ。複数のホーラム設計が試験されており、真空ホーラムはキャプセルへの照射対称性の制御を実証した。一方、ダイナミックホーラムは、より高い230 eVの放射温度において、キャプセルを直径2 mmから0.8 mmまで圧縮し、>3×10¹¹個の熱核DD中性子収量を達成した。これはキャプセル爆縮における記録である。さらに、ステンレス鋼プラズマにおいて、スタグネーション時にK殻放射用に設計されたプラズマ中で、>200 keVという世界記録のイオン温度が最近測定された。これは、高速成長する短波長非線形MHD不安定性に伴うイオン粘性加熱によるものと予測されている。重水素ガスパフを用いた直接核融合実験では、わずか5%の非対称性で3.9×10¹³個の中性子が得られ、主として熱的起源であることが初めて示唆された。ワイヤアレイ爆縮の物理は主要なテーマであり、ワイヤの液体-蒸気膨張コアへの転移、その後を取り巻くプラズマコロナの生成（電流の大部分を担う）、各ワイヤ上の軸方向不安定性と相関した内向きの低磁気レイノルズ数ジェット、その後ほぼ一定速度でのスノープロー的爆縮（この間にコアにギャップが生じる）、そして軸上でのスタグネーションと主軟X線パルスの生成に関するものである。これらの研究は、世界中の他の研究所のより小規模な施設でも追求されてきた。インペリアル・カレッジでは、円錐型および放射状ワイヤアレイにより、マッハ数>20の高度にコリメートされたタングステンプラズマジェットが生成され、実験室天体物理学の実験が可能となった。本総説では、これらのハイライトを、Zピンチの基礎物理（安定性、運動論的効果を含む）に基づいて考察し、最後にその応用について述べる。