This paper presents a detailed 2D resistive magnetohydrodynamic (MHD) study of a miniature deuterium-filled plasma focus (PF) device using the FLASH code. The simulations capture the full plasma evolution, from initial breakdown (‘cold start’) to pinch compression and disruption. A novel contribution is the implementation of a dynamic magnetic-field updating algorithm which tracks the evolving plasma sheath and self-consistently reconstructs the return-current path, including skin-effect corrections. To overcome limitations of optical probing diagnostics, an in-house developed ray-tracing post-processing tool generates synthetic shadowgrams directly derived from the simulated plasma parameters validating the proposed modeling approach. Numerical results—including plasma density, velocity, current density, magnetic fields, and ion/electron temperatures—show strong agreement with experimental data from a 600 J (∼80 kA) miniature PF device. This validation demonstrates the capability of FLASH to provide high-fidelity physical insights into dense PF dynamics.
本論文は、FLASHコードを用いた、小型の重水素充填プラズマフォーカス(PF)装置の詳細な2次元抵抗性磁気流体力学(MHD)研究を提示する。シミュレーションは、初期破壊(「コールドスタート」)からピンチ圧縮および破壊までの完全なプラズマ進化を捉える。新規の貢献は、進化するプラズマシースを追跡し、表皮効果補正を含めて帰還電流経路を自己無撞着に再構築する動的磁場更新アルゴリズムの実装である。光学プロービング診断の限界を克服するために、社内開発のレイトレーシング後処理ツールが、提案するモデリング手法を検証するシミュレートされたプラズマパラメータから直接導出された合成シャドウグラムを生成する。プラズマ密度、速度、電流密度、磁場、イオン/電子温度を含む数値結果は、600J(∼80kA)の小型PF装置からの実験データと強い一致を示す。この検証は、高密度PFダイナミクスへの高忠実度の物理的洞察を提供するFLASHの能力を示す。