Н.А. Жидкова, С.А. Чайковский

Институт cильноточной электроники СО РАН, Томск, Россия,
e-mail: zhidkova@ovpe2.hcei.tsc.ru

Известно, что двухкаскадные плазменные лайнеры за счёт повышения устойчивости сжатия плазмы обеспечивают более высокий выход мягкого рентгеновского излучения по сравнению с однокаскадными лайнерами. Одним из объяснений механизма формирования более тонкого плазменного пинча является стабилизация сжатия за счет неупругого столкновения внешней плазменной оболочки с внутренней оболочкой. Столкновение и последующее сжатие являются одновременно эффективным способом передачи энергии в плазму внутреннего каскада. Такое объяснение подразумевает существование достаточно компактной внешней плазменной оболочки. Результаты проведенных нами ранее экспериментов с двухкаскадными газовыми лайнерами достаточно хорошо могут быть объяснены в предположении существования компактной внешней плазменной оболочки, а динамика сжатия лайнера – простейшей механической «snowplow» моделью. Однако, имеются экспериментальные данные, указывающие на то, что за счет эффектов «холодного старта», как для проволочных, так и для газовых лайнеров, компактная плазменная оболочка не формируется.

Цель настоящих экспериментов заключалась в исследовании изменения структуры плазменной оболочки в ходе сжатия газового лайнера. Эксперименты по сжатию однокаскадных лайнеров проводились на установке ИМРИ-5. Ток в экспериментах составлял ~ 400 кА, время сжатия лайнера составляло 450-550 нс. Лайнер представлял собой полую неоновую струю диаметром 6 см, длина лайнера составляла 2.2 см. Изображение плазменной оболочки в разные моменты времени регистрировалось однокадровым электронно-оптическим преобразователем (ЭОП). Регистрация изображения производилась либо в аксиальном (вдоль оси лайнера), либо в радиальном направлениях. Эксперименты проводились как с использованием предварительной ионизации газового лайнера, так и без неё.

На аксиальных снимках плазменная оболочка на начальном этапе сжатия видна как светящееся, четко очерченное кольцо, на фоне которого наблюдаются характерные особенности в виде более ярких (относительно основного свечения) точек. Поскольку разделить свечение плазменной оболочки и поверхности катода на полученных в аксиальном направлении изображениях не представляется возможным, наблюдаемые на снимках яркие точки могут быть интерпретированы и как катодные пятна, и как филаменты плазменной оболочки. Однако на радиальных снимках филаменты, как правило, отсутствуют. Аксиальные снимки позволяют сделать вывод, что в межэлектродном зазоре формируется плазменная оболочка, которая остается компактной до достижения ею диаметра 4 см. Анализ радиальных снимков показывает, что перетяжки появляются на поверхности оболочки примерно через 350 нс после начала тока, зависимость амплитуды неоднородности от времени достаточно хорошо совпадает с теоретической оценкой роста рэлей-тейлоровских неустойчивостей на нелинейной стадии сжатия.

Зависимости радиуса плазменной оболочки от времени, наблюдаемые в экспериментах с использованием предварительной ионизации и без неё, говорят от том, что предыонизация не оказывает существенного влияния на динамику сжатия плазменной оболочки. Сравнение экспериментальной динамики сжатия однокаскадного газового лайнера с моделированием сжатия в “snow-plow” приближении показало удовлетворительное согласие расчёта с экспериментом.