Astronomy ReportsAstronomy ReportsАстрономический журнал0004-62993034-5170The Russian Academy of Sciences64749710.31857/S0004629923010097NQAPNBArticlesСТАТЬИUnknownNumerical MHD Simulation of Laboratory Jets in a Toroidal Magnetic FieldЧисленное МГД моделирование лабораторных джетов в тороидальном магнитном полеToropinaO. D.ТоропинаО. Д.toropina@iki.rssi.ruBisnovatyi-KoganG. S.Бисноватый-КоганГ. С.toropina@iki.rssi.ruMoiseenkoS. G.МоисеенкоС. Г.toropina@iki.rssi.ruSpace Research Institute of the Russian Academy of SciencesИнститут космических исследований01012023100161828012025Copyright ©; 2023, О.Д. Торопина, Г.С. Бисноватый-Коган, С.Г. МоисеенкоCopyright ©; 2023, О.Д. Торопина, Г.С. Бисноватый-Коган, С.Г. Моисеенко2023О.Д. Торопина, Г.С. Бисноватый-Коган, С.Г. МоисеенкоО.Д. Торопина, Г.С. Бисноватый-Коган, С.Г. Моисеенкоhttps://journals.eco-vector.com/0004-6299/article/view/647497

The results of MHD modeling of the formation and collimation of laboratory jets with a toroidal magnetic field are presented. We showed that in the absence of a magnetic field, a significant expansion of the jet occurs in the computational region. In the presence of a strong toroidal magnetic field, the jet expands insignificantly, which confirms the possibility of a magnetic mechanism of collimation of astrophysical jets. The opening angle of the jet cone depends on the magnitude of the magnetic field induction. The larger Bϕ, the smaller the angle of deflection of the flow. For certain values of Bϕ on the detector, the occurrence of ring structures in the density distribution is possible, the characteristics of which depend on the magnitude of the field. The simulation results are compared with the laboratory jets generated in the experiment at the Neodim laser facility and with the previously obtained results of the MHD simulation of the formation of jets in a poloidal magnetic field.

В работе представлены результаты МГД моделирования процесса образования и коллимации лабораторных джетов с тороидальным магнитным полем. Показано, что при отсутствии магнитного поля происходит существенное расширение джета в расчетной области. При наличии сильного тороидального магнитного поля джет расширяется незначительно, что подтверждает возможность магнитного механизма коллимации астрофизических джетов. Угол раствора конуса джета зависит от величины магнитной индукции поля. Чем больше \({{B}_{\phi }}\), тем меньше угол отклонения потока. При определенных значениях \({{B}_{\phi }}\) на детекторе возможно возникновение кольцевых структур в распределении плотности, характеристики которых зависят от величины поля. Выполнено сравнение результатов моделирования с лабораторными джетами, возникающими в эксперименте на лазерной установке “Неодим”, и с ранее полученными результатами МГД моделирования образования джетов в полоидальном магнитном поле.

astrophysical jetsMHD numerical simulationlaboratory astrophysicsастрофизические джетыМГД численное моделированиелабораторная астрофизикаA. S. Wilson and Y. Yang, Astrophys. J. 568, 133 (2002).H. L. Marshall, B. P. Miller, D. S. Davis, E. S. Perlman, M. Wise, C. R. Canizares, and D. E. Harris, Astrophys. J. 564, 683 (2002).H. L. Marshall, D. E. Harris, J. P. Grimes, J. J. Drake, et al., Astrophys. J. 549, L167 (2001).G. S. Bisnovatyi-Kogan, B. V. Komberg, and A. M. Fridman, Soviet Astron. 13, 369 (1969).G. S. Bisnovatyi-Kogan, Proc. 6th Int. Workshop of the Astronomical Observatory of Capodimonte (OAC 6), Capri, Italy, 1991 September 18–21, edited by L. Errico and A. A. Vittone (Dordrecht: Kluwer), Astrophys. Space Sci. Library 186, 369 (1993).W. Fu, E. P. Liang, P. Tzeferacos, and D. Q. Lamb, High Energy Density Physics 17, 42 (2015).K. N. Mitrofanov, V. I. Krauz, V. V. Myalton, V. P. Vinogradov, A. M. Kharrasov, and Yu. V. Vinogradova, Astron. Rep. 61, 138 (2017).I. Yu. Kalashnikov, V. I. Krauz, and V. M. Chechetkin, J. Physics: Conference Series 798, id. 012008 (2017).I. Yu. Kalashnikov, A. V. Dodin, I. V. Il’ichev, V. I. Krauz, and V. M. Chechetkin, Astron. Rep. 65, 477 (2021).В. С. Бескин, Я. Н. Истомин, А. М. Киселев, В. И. Крауз и др., Изв. ВУЗов. Радиофизика 59, 1004 (2016).B. Albertazzi, A. Ciardi, M. Nakatsutsumi, T. Vinci, et al. Science, 346, 325 (2014).C. D. Gregory, B. Loupias, J. Waugh, P. Barroso, et al., Plasma Phys. Control. Fusion 50 (12), id. 124039 (2008).C. D. Gregory, B. Loupias, J. Waugh, S. Dono, et al., Phys. Plasmas 17, id. 052708 (2010).C. D. Gregory, A. Diziere, H. Aoki, H. Tanji, et al., High Energy Density Physics 11, 12 (2014).V. S. Belyaev, G. S. Bisnovatyi-Kogan, A. I. Gromov, B. V. Zagreev, A. V. Lobanov, A. P. Matafonov, S.G. Moiseenko, and O. D. Toropina, Astron. Rep. 62, 162 (2018).V. S. Belyaev, V. I. Vinogradov, A. P. Matafonov, A. M. Chekmarev, and A. G. Karabadzhak, Laser Phys. 16 (3), 477 (2006).V. I. Mazhukin, A. V. Shapranov, M. M. Demin, A. A. Samokhin, and A. E. Zubko, Math. Montisnigri 37, 24 (2016).V. I. Mazhukin, A. V. Shapranov, M. M. Demin, A. A. Sa-mokhin, and A. E. Zubko, Math. Montisnigri 38, 3 (2017).V. I. Mazhukin, M. M. Demin, and A. V. Shapranov, A-ppl. Surface Sci. 302, 6 (2014).Л. Д. Ландау, Е. М. Лившиц, Электродинамика сплошных сред (М.: Наука, 1982).D. D. Ryutov, R. P. Drake, and B. A. Remington, Astrophys. J. Suppl. 127, 465 (2000).S. Bouquet, E. Falize, C. Michaut, C. D. Gregory, B. Loupias, T. Vinci, and M. Koenig, High Energy Density Physics 6, 368, 2010.V. T. Zhukov, A. V. Zabrodin, and O. B. Feodoritova, Comp. Math. and Math. Physics 33, 1099 (1993).Э. Оран, Дж. Борис, Численное моделирование реагирующих потоков (М.: Мир, 1990).J. P. Boris and D. L. Book, J. Comput. Phys. 11, 38 (1973).V. V. Savelyev and V. M. Chechetkin, Astron. Rep. 39, 123 (1995).V. V. Savelyev, Yu. M. Toropin, and V. M. Chechetkin, Astron. Rep. 40, 494 (1996).O. D. Toropina, M. M. Romanova, Yu. M. Toropin, and R. V. E. Lovelace, Astrophys. J. 561, 964 (2001).O. D. Toropina, M. M. Romanova, and R. V. E. Lovelace, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 420, 810 (2012).