X-pinch dynamics: Neck formation and implosion

Abstract

We propose a model that describes the neck formation and implosion in an X-pinch. The process is simulated to go in two stages. The first stage is neck formation. This stage begins with an electrical explosion of the wires forming the X-pinch, and at the end of the stage, a micropinch (neck) is formed in the region where the wires are crossed. The second stage is neck implosion. The implosion is accompanied by outflow of matter from the neck region, resulting in the formation of a “hot spot”. Analytical estimates obtained in the study under consideration indicate that these stages are approximately equal in duration. Having analyzed the neck implosion dynamics, we have verified a scaling which makes it possible to explain the observed dependences of the time of occurrence of an x-ray pulse on the X-pinch current and mass.

Exact two-dimensional solution for magnetic compression of a thin axisymmetric shell and neck formation in an X-pinch

“…The first and fourth stages take up to a few nanoseconds, while the total duration of the process is hundreds of nanoseconds. In paper [4] a model of neck formation and implosion is developed, based on the assumption that the neck length is independent of other parameters, which agrees satisfactorily with experimental data. At the same time, the reasons for the constant length of the neck remain not exactly clear.…”

“…The magnetic pressure when electric current I flows through the shell is P = µ 0 I 2 /(8π 2 R 2 ), where µ 0 is the vacuum magnetic permeability. Under Xpinch conditions [4], the neck is formed, as a rule, at the front of the current pulse, when we can take I ∝ t. After passing to partial derivatives, we obtain…”

Кулоновский Взрыв Дебаевского Слоя Как Механизм Формирования Потока Высокоэнергетичных Ионов В Плазме Микропинчевого Разряда

“…Следует признать, что большинство авторов придерживается мнения, согласно которому кулоновский взрыв происходит как раз на стадии после завершения второго сжатия, когда имеется аномальный разогрев плазмы в образовавшейся " горячей точке". В результате " горячая точка" взрывается, и в это время происходит генерация электронного пучка, жесткого рентгеновского излучения и ионов больших энергий, которые появляются с небольшой задержкой после основного импульса мягкого рентгеновского излучения [5,[24][25][26]. Что касается самой возможности развития ускорительных процессов в перетяжке на стадии перехода от первого сжатия ко второму, то еще в работе [27] было показано как на основе теоретических оценок, так и при анализе экспериментальных данных о динамике спектра мягкого рентгеновского излучения микропинча, что резистивный механизм генерации ускоряющего электрического поля в перетяжке включается отнюдь не на финальной стадии второго сжатия, а уже по завершении первого сжатия за счет возникновения условий для раскачки колебаний в плазме перетяжки.…”

Точное Двумерное Решение Для Токового Сжатия Тонкой Осесимметричной Оболочки И Формирование Перетяжки В X-Пинче

“…Первая и четвертая стадии по времени занимают до единиц наносекунд при полной длительности процесса в сотни наносекунд. В работе [4] развита модель формирования и имплозии перетяжки, опирающаяся на предположение о независимости длины перетяжки от других параметров, которое удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными. Вместе с тем причины постоянства длины перетяжки остаются не совсем ясными.…”