Externally generated, axial magnetic fields used to confine high-current plasma beams in compact linear devices are usually 0.5 Tesla or less and can be insufficient to suppress plasma instabilities. Such an issue is addressed in this study by closely winding the current-carrying cable around a small chamber attached to the end of a linear device. The magnetic field generated inside the small chamber during the high-current pulse reached 0.8 Tesla at the peak current of 10.83 kA. Formation of a steady plasma beam through a mixture of argon, hydrogen and helium was photographed by a high-speed camera at the instant of the peak current. The beam width profile starts from over 24.8 mm at the upstream location and becomes thinner with distance down-stream. At the location of laser-interferometer measurement, at the right-most viewing window on the test chamber, the beam width was estimated as 7.4 mm and plasma density was evaluated to be 1.0 × 1022 m−3, an increase of two orders of magnitude compared to a previous study. A simple relationship was derived for the plasma density as a function of beam width. Based on examination of the metal target at the far end, the final beam width was estimated as 50 µm, with the plasma density evaluated to be 4.31 × 1022 m−3, with a calculated ion energy of 4.35 keV, consistent with x-ray spectrum measurements.
外部から生成される軸方向磁場は、コンパクトな線形装置における高電流プラズマビームの閉じ込めに使用されるが、通常0.5テスラ以下であり、プラズマ不安定性を抑制するには不十分な場合がある。本研究では、線形装置の端部に取り付けられた小型チャンバーの周囲に電流を流すケーブルを密に巻き付けることにより、この問題に対処した。高電流パルス中に小型チャンバー内部で生成された磁場は、ピーク電流10.83 kAにおいて0.8テスラに達した。アルゴン、水素、ヘリウムの混合ガスによる定常プラズマビームの形成は、ピーク電流時点で高速カメラにより撮影された。ビーム幅プロファイルは、上流位置での24.8 mm以上から始まり、下流に向かうにつれて減少する。レーザー干渉計による計測位置、すなわち試験チャンバー上の最も下流側の観測窓において、ビーム幅は7.4 mmと推定され、プラズマ密度は1.0 × 10²² m⁻³と評価された。これは、先行研究と比較して2桁の増加である。プラズマ密度とビーム幅の間には簡潔な関係式が導出された。金属ターゲットの調査に基づき、最下流端での最終ビーム幅は50 µmと推定され、プラズマ密度は4.31 × 10²² m⁻³と評価された。また、計算されたイオンエネルギーは4.35 keVであり、X線スペクトル測定の結果と一致した。