Dynamics of a Plasma Cloud Generated by a Compact Coaxial Gun upon Expansion into Vacuum and Large-Volume Background Plasma in an External Magnetic Field

A. S. Nikolenko; Николенко А. С.; M. E. Gushchin; Гущин М. Е.; S. V. Korobkov; Коробков С. В.; I. Yu. Zudin; Зудин И. Ю.; N. A. Aidakina; Айдакина Н. А.; A. V. Strikovskiy; Стриковский А. В.; K. N. Loskutov; Лоскутов К. Н.

doi:10.31857/S0367292123600723

Динамика плазменного облака, формируемого компактной коаксиальной пушкой, при разлете в вакуум и фоновую плазму большого объема во внешнем магнитном поле

Авторы: Николенко А.С.¹, Гущин М.Е.¹, Коробков С.В.¹, Зудин И.Ю.¹, Айдакина Н.А.¹, Стриковский А.В.¹, Лоскутов К.Н.¹
Учреждения:
1. Федеральный исследовательский центр “Институт прикладной физики РАН”
Выпуск: Том 49, № 11 (2023)
Страницы: 1101-1117
Раздел: КОСМИЧЕСКАЯ ПЛАЗМА
URL: https://journals.rcsi.science/0367-2921/article/view/233133
DOI: https://doi.org/10.31857/S0367292123600723
EDN: https://elibrary.ru/HZPPAT
ID: 233133

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Представлены результаты экспериментов по инжекции плотных плазменных облаков, создаваемых малогабаритным коаксиальным генератором, в вакуум и в фоновую плазму большого объема при наличии внешнего магнитного поля. На установке “Крот” реализован режим “безграничной” фоновой среды, позволяющий изучать динамику плазменного облака на масштабе порядка одного метра поперек и вдоль квазиоднородного магнитного поля. Изучены динамика диамагнитной каверны, возникающей при вытеснении магнитного поля сгустком плазмы; электромагнитные шумы, возникающие в каверне; эволюция структуры плазмы облака во время инжекции и на стадии его распада. Показано, что ключевые особенности динамики облака, характерные для активных космических и высокоэнергетических лабораторных экспериментов, включая полное вытеснение магнитного поля из объема облака и развитие желобковой неустойчивости на его границе, воспроизводятся при невысоких скоростях инжекции (менее 30 км/с) и малых энергиях плазмы (порядка 0.1 Дж).

Ключевые слова

плазменное облако, коаксиальный ускоритель, диамагнитная каверна, нижнегибридная неустойчивость, желобковая неустойчивость

Список литературы

Marshall J. // Phys. Fluids. 1960. V. 3. P. 134.
Блинов П.И., Черемных П.А. // ТВТ. 1967. Т. 5. С. 388.
Oboyashi T. // Planet. Space Sci. 1963. V. 10. P. 47.
Albee P.R., Kanellakos D.P. // J. Geophys. Res. 1968. V. 73. № 3. P. 1039.
Burrows A. // Nature. 2000. V. 403. P. 727.
De Young D.S. // Science. 1991. V. 252. P. 389.
Wurden G.A., Hsu S.C., Intrator T.P., Grabowski T.C., Degnan J.H., Domonkos M., Turchi P.J., Campbell E.M., Sinars D.B., Herrmann M.C., Betti R., Bauer B.S., Lindemuth I.R., Siemon R.E., Miller R.L., Laberge M., Delage M. // J. Fusion Energ. 2016. V. 35. P. 69.
Albertazzi B., Ciardi A., Nakatsutsumi M., Vinci T., Béard J., Bonito R., Billette J., Borghesi M., Burkley Z., Chen S.N., Cowan T.E., Herrmannsdörfer T., Higgin-son D.P., Kroll F., Pikuz S.A., Naughton K., Romag-nani L., Riconda C., Revet G., Riquier R., Schlen-voigt H.P., Skobelev I.Yu., Faenov A.Ya., Soloviev A., Huarte-Espinosa M., Frank A., Portugall O., Pépin H., Fuchs J. // Science. 2014. V. 346. P. 325.
Haerendel G. // Front. Astron. Space Sci. 2019. V. 6. A. 29.
Gavrilov B.G., Podgorny A.I., Podgorny I.M., Sobya-nin D.B., Zetzer J.I., Erlandson R.E., Meng C.I., Stoyanov B.J. // Geophys. Res. Lett. 1999. V. 26. P. 1549.
Erlandson R.E., Meng C.I., Swaminathan P.K., Ku-mar C.K., Dogra V.K., Stoyanov B.J., Gavrilov B.G., Kiselev Y., Zetzer J.I., Stenbaek-Nielsen H.C., Lynch K.A., Pfaff R.F., Delamere P.A., Bounds S., Gatsonis N.A. // J. Spacecr. Rockets. 2004. V. 41. P. 483.
Dzubenko N.I., Zhilinsky A.P., Zhulin I.A., Ivchen-ko I.S., Molotai A.A., Rozhansky V.A., Ruzhin Yu.Ya., Skomarovsky V.S., Tsendin L.D. // Planet. Space Sci. 1983. V. 31. P. 849.
Holmgren G., Bostrom R., Kelley M.C., Kintner P.M., Lundin R., Fahleson U.V., Bering E.A., Sheldon W.R. // J. Geophys. Res. 1980. V. 85. P. 5043.
Bernhardt P.A., Roussel-Dupre R.A., Pongratz M.B., Haerendel G., Valenzuela A., Gurnett D.A., Ander-son R.R. // J. Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 5777.
Torbert R.B., Kletzing C.A., Liou K., Rau D. // J. Geophys. Res. 1992. V. 19. P. 973.
Prech L., Ruzhin Y.Y., Dokukin V.S., Nemecek Z., Safrankova J. // Front. Astron. Space Sci. 2018. V. 5. A. 46.
Haerendel G., Sagdeev R.Z. // Adv. Space Res. 1981. V. 1. P. 29.
Баннов С.Г., Житлухин А.М., Моторин А.А., Ступицкий Е.Л., Холодов А.С., Черковец В.Е. // Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59. С. 340.
Белов А.С., Вдовиченко И.А., Курина Л.Е. // Геомагнетизм и аэрономия. 2017. Т. 57. С. 635.
Friedman H.W., Patrick R.M. // Phys. Fluids. 1971. V. 14. P. 1889.
Morse D.L., Destler W.W. // J. Geophys. Res. 1973. V. 78. P. 7417.
Гаркуша И.Е., Соляков Д.Г., Чеботарев В.В. Мах-лай В.А., Кулик Н.В. // Физика плазмы. 2019. Т. 45. С. 179.
Zakharov Y.P. // IEEE Trans Plasma Sci. 2003. V. 31. P. 1243.
Gekelman W., Van Zeeland M., Vincena S., Pribyl P. // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. P. 1281.
Mostovych A.N., Ripin B.H., Stamper J.A. // Phys. Rev. Lett. 1989. V. 62. P. 2837.
Schaeffer D.B., Hofer L.R., Knall E.N., Heuer P.V., Constantin C.G., Niemann C. // High Power Laser Sci. Eng. 2018. V. 6. E. 17.
Underwood T.C., Loebner K.T., Miller V.A., Cappelli M.A. // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 1.
Zhang Y., Fisher D.M., Gilmore M., Hsu S.C., Lynn A.G. // Phys. Plasmas. 2018.V. 25. P. 055709.
Бескин В.С., Крауз В.И., Ламзин С.А. // УФН. 2022. Т. 193. С. 345.
Bellan P.M. // J. Plasma Phys. 2018. V. 84. P. 755840501.
De la Fuente H., Forsen H.K. // Rev. Sci. Instrum.1971. V. 42. P. 1453.
Mendel C.W. Jr., Zagar D.M., Mills G.S., Humphries S., Goldstein S.A. // Rev. Sci. Instrum. 1980. V. 51. P. 1641.
Жерлицын А.А., Ковальчук Б.М., Педин Н.Н. // ПТЭ. 2014. Т. 4. С. 83.
Гаврилов Б.Г., Кожухов С.А., Собянин Д.Б. // ЖТФ. 1994. Т. 64. С. 6.
Witherspoon F.D., Case A., Messer S.J., Bomgardner R., Phillips M.W., Brockington S., Elton R. // Rev. Sci. Instrum. 2009. V. 80. P. 083506.
Гущин М.Е., Коробков С.В., Терехин В.А., Стриковский А.В., Гундорин В.И., Зудин И.Ю., Айдакина Н.А., Николенко А.С. // Письма ЖЭТФ. 2018. Т. 108. С. 416.
Коробков С.В., Гущин М.Е., Гундорин В.И., Зудин И.Ю., Айдакина Н.А., Стриковский А.В., Николенко А.С. // Письма ЖТФ. 2019. Т. 45. С. 45.
Коробков С.В., Николенко А.С., Гущин М.Е., Стриковский А.В, Зудин И.Ю., Айдакина Н.А., Шайхисламов И.Ф., Руменских М.С., Земсков Р.С., Стародубцев М.В. // Астрон. ж. 2023. Т. 100. С. 107.
Burdonov K., Bonito R., Giannini T., Aidakina N., Argiroffi C., Beard J., Chen S.N., Ciardi A., Ginzburg V., Gubskiy K., Gundorin V., Gushchin M., Kochetkov A., Korobkov S., Kuzmin A., Kuznetsov A., Pikuz S., Re-vet G., Ryazantsev S., Shaykin A., Shaykin I., Soloviev A., Starodubtsev M., Strikovskiy A., Yao W., Yakovlev I., Zemskov R., Zudin I., Khazanov E., Orlando S., Fuchs J. // Astron. Astrophys. 2021. V. 648. P. A81.
Айдакина Н.А., Галка А.Г., Гундорин В.И., Гущин М.Е., Зудин И.Ю., Коробков С.В., Костров А.В., Лоску-тов К.Н., Могилевский М.М., Привер С.Э., Стриковский А.В., Чугунин Д.В., Янин Д.В. // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58. С. 331.
Леонов С.Б., Лукьянов Г.А. // ПМТФ. 1994. № 5. С. 13.
Соловьев А.А., Бурдонов К.Ф., Котов А.В., Перева-лов С.Е., Земсков Р.С., Гинзбург В.Н., Кочетков А.А., Кузьмин А.А., Шайкин А.А., Шайкин И.А., Хаза-нов Е.А., Яковлев И.В., Лучинин А.Г., Морозкин М.В., Проявин М.Д., Глявин М.Ю., Фукс Ж., Стародуб-цев М.В. // Изв. вузов. Радиофизика. 2020. Т. 63. С. 973.
Tang H.B., Hu G.Y., Liang Y.H., Tao T., Wang Y.L., Hu P., Zhao B., Zheng, J. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2018. V. 60. P. 055005.
Levesque J.M., Liao A.S., Hartigan P., Young R.P., Trantham M., Klein S., Gray W., Manuel M., Fiksel G., Katz J., Li C., Birkel A., Tzeferacos P., Hansen E.C., K-hiar B., Foster J.M., Kuranz C.C. // Phys. Plasmas. 2022. V. 29. P 012106.
Revet G., Chen S.N., Bonito R., Khiar B., Filippov E., Argiroffi C., Higginson D.P., Orlando S., Béard J., Ble-cher M., Borghesi M., Burdonov K., Khaghani D., Naughton K., Pépin H., Portugall O., Riquier R., Rodriguez R., Ryazantsev S.N., Yu Skobelev I., Soloviev A., Willi O., Pikuz S., Ciardi A., Fuchs J. // Sci. Adv. 2017. V. 3. P. E1700982.
Захаров Ю.П., Оришич А.М., Пономаренко А.Г., Посух В.Г. // Физика плазмы. 1986. Т. 12. С. 1170.
Ripin B.H., Huba J.D., McLean E.A., Manka C.K., Peyser T., Burris H.R., Grun J. // Phys. Fluids B. 1993. V. 5. № 10. P. 3491.
Bonde J., Vincena S., Gekelman W. // Phys. Plasmas. 2018. V. 25. P. 042110.
VanZeeland M., Gekelman W. // Phys. Plasmas. 2004. V. 11. P. 320.
Райзер Ю.П. // ПМТФ. 1963. Т 6. С. 19.
Pisarczyk T., Bryunetkin B.A., Faenov A.Ya., Faryński A., Fiedorowicz H., Koshevoy M., Miklaszewski R., Mroczkowski M., Osipov M.V., Parys P., Skobelev I., Szczurek M. // Physica Scripta. 1994. V. 50. P. 72.
Okada S., Sato K., Sekiguchi T. // J. Phys. Soc. Japan. 1979. V. 46. P. 355.
Colette A., Gekelman W. // Phys. Plasmas. 2011. V. 18. P. 055705.
Hurtig T., Brenning N., Raadu M. // Phys. Plasmas. 2004. V. 11. P. L33.
Smith R.L., Brice N. // J. Geophys. Res. 1964. V. 69. P. 5029.
Захаров Ю.П., Антонов В.М., Бояринцев Э.Л., Мелехов А.В., Посух B.Г., Шайхисламов И.Ф., Пика-лов В.В. // Физика плазмы. 2006. Т. 32. С. 207.
Winske D. // Phys. Fluids B1. 1989. V. 9. P. 1900.
Dimonte G., Wiley L. // Phys. Rev. Lett. 1991. V. 67. P. 1755.
Парамоник И.П., Дивин А.В., Шайхисламов И.Ф., Семенов В.С. // Сб. тез. 18-й ежегодной конференции “Физика плазмы в солнечной системе”. М., 2023. С. 202.
Huba J.D. // Phys. Rev. Lett. 1994. V. 72. P. 2033.