In this study, the effect and mechanism of a dynamic axial magnetic field on a preconditioned single-wire Z-pinch were investigated experimentally and theoretically. Optical diagnostic methods, including shadowgraphy, interferometry, Faraday rotation, and Thomson scattering, have been used to measure the parameters of magnetized plasmas. Compression of the azimuthal and axial magnetic fields was observed, and the suppression of the plasma instability was recorded and analyzed. The results showed that an external axial magnetic field could reduce the plasma instability and non-uniformity, but prolong the implosion time and weaken the compression ratio. In the implosion process with an axial magnetic field, the plasma rotated at a speed similar to that of imploding, which could be regarded as a stabilization method. A simplified model of the diffusion and compression processes of a dynamic axial magnetic field was developed to investigate the conditions for maximizing the amplitude of the axial magnetic field. Subsequently, the snowplow model was used to calculate the effect of axial magnetic fields on the implosion process and energy conversion.
本研究では、前処理された単線Zピンチに対する動的軸方向磁場の効果とメカニズムを、実験的および理論的に調査した。シャドウグラフィ、干渉法、ファラデー回転、トムソン散乱を含む光学診断法を用いて、磁化プラズマのパラメータを測定した。方位角方向および軸方向の磁場の圧縮が観察され、プラズマ不安定性の抑制が記録され、解析された。結果は、外部軸方向磁場がプラズマ不安定性と不均一性を低減できるが、爆縮時間を延長し、圧縮比を弱めることを示した。軸方向磁場を伴う爆縮過程では、プラズマは爆縮速度と同程度の速度で回転し、これは安定化手法と見なすことができる。動的軸方向磁場の拡散および圧縮過程の簡易モデルを構築し、軸方向磁場の振幅を最大化する条件を調べた。その後、スノープロウモデルを用いて、軸方向磁場が爆縮過程とエネルギー変換に及ぼす影響を計算した。