Plasma Physics ReportsPlasma Physics ReportsФизика плазмы0367-29213034-6371The Russian Academy of Sciences66847610.31857/S0367292123600176VXMSDKPLASMA DYNAMICSДИНАМИКА ПЛАЗМЫUnknownEfficiency of Conversion of the Magnetic Energy into Z-Pinch Radiation of Nested Arrays of Mixed Composition at the Angara-5-1 FacilityЭффективность преобразования магнитной энергии в излучение Z-пинча вложенных сборок смешанного состава на установке Ангара-5-1MitrofanovK. N.МитрофановК. Н.mitrofan@triniti.ruGritsukA. N.ГрицукА. Н.mitrofan@triniti.ruAleksandrovV. V.АлександровВ. В.mitrofan@triniti.ruBranitskyA. V.БраницкийА. В.mitrofan@triniti.ruGrabovskyE. V.ГрабовскийЕ. В.mitrofan@triniti.ruOleinikG. M.ОлейникГ. М.mitrofan@triniti.ruFrolovI. N.ФроловИ. Н.mitrofan@triniti.ruTroitsk Institute for Innovation and Fusion ResearchГНЦ РФ “Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований”0107202349764767026022025Copyright ©; 2023, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2023, Российская академия наук2023Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0367-2921/article/view/668476

The results of experiments on the study of the generation of high-power pulsed soft X-ray (SXR) emission with a photon energy higher than 100 eV (in the spectral range with wavelengths λ shorter than 120 Å) during the plasma implosion of nested arrays of mixed composition with different ratios of array radii carried out on a pulse power facility Angara-5-1 with a discharge current level of up to 3.5 MA are presented. The outer array consisted of fibers of a substance with a low atomic number (plastic), and the inner array consisted of a substance with a high atomic number (tungsten, W). In the case of nested arrays of this design, a significant increase in the peak SXR power was obtained compared to single tungsten arrays with the same parameters as for the tungsten array in the inner array. By optimizing the linear mass of the outer array and the ratio of array radii, powerful SXR pulses were prepared with a high pulse power up to 18 TW, pulse energy of ~140 kJ and short pulse duration of ~5 ns. It is shown that by optimizing the linear mass of the outer array (fiber array) it is possible to achieve ~90% conversion of the electromagnetic energy pumped into the vicinity of the array into X-ray emission pinch energy. In this case, the fraction of the kinetic energy of the plasma implosion into the emission energy is not higher than 30%. In shots optimal over the output SXR power, an increase in the fraction of the X-ray emission energy in the spectral range of λ ∈ (30, 40) Å was recorded that is 30–100% than that in single tungsten arrays with similar parameters.

Представлены результаты экспериментов по исследованию генерации мощных импульсов мягкого рентгеновского излучения (МРИ) с энергией квантов более 100 эВ (в спектральном диапазоне с длинами волн λ короче 120 Å) при сжатии плазмы двухкаскадных вложенных сборок смешанного состава с различным отношением радиусов каскадов, проведенных на мощной электрофизической установке Ангара-5-1 при уровне разрядного тока до 3.5 МА. Внешний каскад состоял из волокон вещества с малым атомным номером (пластик), внутренний каскад – из вещества с высоким атомным номером (вольфрам, W). В случае вложенных сборок данной конструкции получено существенное повышение пиковой мощности МРИ по сравнению с одиночными W-сборками с теми же параметрами, что и у W-сборки во внутреннем каскаде. Путем оптимизации линейной массы внешнего каскада и отношения радиусов каскадов получены мощные импульсы МРИ с высокой импульсной мощностью до 18 ТВт, энергией в импульсе ~140 кДж и короткой длительностью импульса ~5 нс. Показано, что путем оптимизации линейной массы внешнего каскада (волоконной сборки) можно достигнуть ~90% преобразования электромагнитной энергии, закачанной в окрестность лайнера, в энергию рентгеновского излучения пинча. При этом доля кинетической энергии сжатия плазмы в энергии излучения составляет не выше 30%. В оптимальных по выходной мощности МРИ выстрелах зарегистрировано увеличение доли энергии рентгеновского излучения в спектральном диапазоне λ ∈ (30, 40) Å, что на 30–100% выше по сравнению с одиночными W-сборками со схожими параметрами.

implosion of a wire arraynested wire arraysmagnetic fieldthin wires/fiberstrailing plasmaZ‑pinchX-ray emissionимплозия многопроволочной сборки, вложенные проволочные сборки, магнитное поле, тонкие проволоки/волокнаотставшая плазмаZ-пинч, рентгеновское излучениеDeeney C., Douglas M.R., Spielman R.B., Nash T.J., Peterson D.L., L’Eplattenier P., Chandler G.A., Sea-men J.F., Struve K.W. // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 81. № 22. P. 4883–4886.Грабовский Е.В., Зукакишвили Г.Г., Митрофанов К.Н., Олейник Г.М., Фролов И.Н., Сасоров П.В. // Физика плазмы. 2006. Т. 32. № 1. С. 33–48.Cuneo M.E., Sinars D.B., Waisman E.M., Bliss D.E., Stygar W.A., Vesey R.A., Lemke R.W., Smith I.C., Rambo P.K., Porter J.L., Chandler G.A., Nash T.J., Mazarakis M.G., Adams R.G., Yu E.P., Struve K.W., Mehlhorn T.A., Lebedev S.V., Chittenden J.P., Jennings C.A. // Phys. Plasmas. 2006. V. 13. № 5. P. 056318-1–056318-18.Sinars D.B., Cuneo M.E., Yu E.P., Bliss D.E., Nash T.J., Porter J.L., Deeney C., Mazarakis M.G., Sarkisov G.S., Wenger D.F. // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 93. № 14. P. 145002-1–145002-4.Митрофанов К.Н., Александров В.В., Грабовский Е.В., Птичкина Е.А., Грицук Е.А., Олейник Г.М., Фро-лов И.Н., Лаухин Я.Н. // Физика плазмы. 2014. Т. 40. № 9. С. 779–806.Митрофанов К.Н., Александров В.В., Грицук А.Н., Грабовский Е.В., Фролов И.Н., Лаухин Я.Н., Бреш-ков С.С. // Физика плазмы. 2017. Т. 43. № 2. С. 134–157.Cuneo M.E., Waisman E.M., Lebedev S.V., Chittenden J.P., Stygar W.A., Chandler G.A., Vesey R.A., Yu E.P., Nash T.J., Bliss D.E., Sarkisov G.S., Wagoner T.C., Bennett G.R., Sinars D.B., Porter J.L., Simpson W.W., Ruggles L.E., Wenger D.F., Garasi C.J., Oliver B.V., Ara-gon R.A., Fowler W.E., Hettrick M.C., Idzorek G.C., Johnson D., Keller K., Lazier S.E., McGurn J.S., Mehlhorn T.A., Moore T., Nielsen D.S., Pyle J., Speas S., S-truve K.W., Torres J.A. // Phys. Rev. E. 2005. V. 71. P. 046406-1–046406-43.Митрофанов К.Н., Александров В.В., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Фролов И.Н., Сасоров П.В. // Физика плазмы. 2020. Т. 46. № 12. С. 1059–1093.Митрофанов К.Н., Александров В.В., Грицук А.Н., Браницкий А.В., Фролов И.Н., Грабовский Е.В., Сасоров П.В., Ольховская О.Г., Зайцев В.И. // Физика плазмы. 2018. Т. 44. № 2. С. 157–192.Александров В.В., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Лаухин Я.Н., Медовщиков С.Ф., Митрофанов К.Н., Олейник Г.М., Сасоров П.В., Федулов М.В., Фро-лов И.Н. // Физика плазмы. 2010. Т. 36. № 6. С. 520–547.Митрофанов К.Н., Александров В.В., Грабовский Е.В., Браницкий А.В., Грицук А.Н., Фролов И.Н., Лау-хин Я.Н. // Физика плазмы. 2017. Т. 43. № 9. С. 751–764.Митрофанов К.Н., Александров В.В., Браницкий А.В., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Олейник Г.М., Фро-лов И.Н. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. № 10. С. 887–920.Mitrofanov K.N., Aleksandrov V.V., Branitski A.V., Grabovskiy E.V., Gritsuk A.N., Oleinik G.M., Frolov I.N., Samokhin A.A., Olkhovskaya O.G., Gasilov V.A. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2022. V. 64. № 4. P. 045007-1–045007-24.Митрофанов К.Н., Александров В.В., Браницкий А.В., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Олейник Г.М. // Cб. тез. доклад. XLIX Междунар. (Звенигородской) конф. по физике плазмы и УТС, 14–18 марта 2022 г., ЗАО НТЦ “ПЛАЗМАИОФАН”. М. С. 120. https://doi.org/10.34854/ICPAF.2022.49.1.085.Альбиков З.А., Велихов Е.П., Веретенников А.И., Глухих В.А., Грабовский Е.В., Грязнов Г.М., Гусев О.А., Жемчужников Г.Н., Зайцев В.И., Золотовский О.А., Истомин Ю.А., Козлов О.В., Крашенинников И.С., Курочкин С.С., Латманизова Г.М., Матвеев В.В., Минеев Г.В., Михайлов В.Н., Недосеев С.Л., Олей-ник Г.М., Певчев В.П., Перлин А.С., Печерский О.П., Письменный В.Д., Рудаков Л.И., Смирнов В.П., Царфин В.Я., Ямпольский И.Р. // Атомная энергия. 1990. Т. 68. Вып. 1. С. 26–35.Браницкий А.В., Олейник Г.М. // Приборы и техника эксперимента (ПТЭ). 2000. № 4. С. 58–64.Александров В.В., Волков Г.С., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Лахтюшко Н.И., Медовщиков С.Ф., Олейник Г.М., Светлов Е.В. // Физика плазмы. 2014. Т. 40. № 2. С. 160–171.Волков Г.С., Грабовский Е.В., Зайцев В.И., Зукакишвили Г.Г., Зурин М.В., Митрофанов К.Н., Недо-сеев С.Л., Олейник Г.М., Порофеев И.Ю., Смир-нов В.П., Фролов И.Н. // Приборы и техника эксперимента (ПТЭ). 2004. № 2. С. 74–81.Олейник Г.М. // Приборы и техника эксперимента (ПТЭ). 2000. № 3. С. 49–51.Александров В.В., Грабовский Е.В., Митрофанов К.Н., Олейник Г.М., Смирнов В.П., Сасоров П.В., Фро-лов И.Н. // Физика плазмы. 2004. Т. 30. № 7. С. 615–629.Sasorov P. // 6th Intern. Conf. on Dense Z-Pinches. Oxford. Ed.: J. Chittenden. AIP Conf. Proc. 2006. V. 808. P. 81–84.Spielman R.B., Deeney C., Chandler G.A., Douglas M.R., Fehl D.L., Matzen M.K., McDaniel D.H., Nash T.J., Porter J.L., Sanford T.W.L., Seamen J.F., Stygar W.A., Struve K.W., Breeze S.P., McGurn J.S., Torres J.A., Zagar D.M., Gilliland T.L., Jobe D.O., McKenney J.L., Mock R.C., Vargas M., Wagoner T. // Phys. Plasmas. 1998. V. 5. № 5. P. 2105–2111.Jones M.C., Ampleford D.J., Cuneo M.E., Hohlfelder R., Jennings C.A., Johnson D.W., Jones B., Lopez M.R., MacArthur J., Mills J.A., Preston T., Rochau G.A., Savage M., Spencer D., Sinars D.B., Porter J.L. // Rev. Scien. Instr. 2014. V. 85. P. 083501-1–083501-11.Lovberg R.H., Raily R.A. and Shlachter J.S. // Dense Z‑pinches: Proc. of 3rd Int. Conf. 1993. London, United Kingdom. AIP Conf. Proc. 1994. New York. USA. Eds.: Haines M., Knight A. V. 299. P. 59.Rudakov L.I., Velikovich A.L., Davis J., Thornhill J.W., Giuliani J.L., Jr. and Deeney C. // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 84. № 15. P. 3326–3329.Velikovich A.L., Davis J., Thornhill J.W., Giuliani J.L., Jr., Rudakov L.I., Deeney C. // Phys. Plasmas. 2000. V. 7. № 8. P. 3265–3277.