Plasma Physics ReportsPlasma Physics ReportsФизика плазмы0367-29213034-6371The Russian Academy of Sciences66887110.31857/S0367292124030065RGCGZSSPACE PLASMAКОСМИЧЕСКАЯ ПЛАЗМАResearch ArticleInvestigation of the poloidal magnetic flux at the PF-3 plasma focus within the framework of the program of laboratory simulation of astrophysical jetsИсследование полоидального магнитного потока на плазменном фокусе ПФ-3 в рамках программы лабораторного моделирования астрофизических джетовAuluckS. K. H.АулукС.К. Х.
Poland
skhauluck@gmail.comKrauzV. I.КраузВ. И.
Poland
krauz_vi@nrcki.ruMyaltonV. V.МялтонВ. В.
Russian Federation
skhauluck@gmail.comKharrasovA. M.ХаррасовА. М.
Russian Federation
skhauluck@gmail.comInternational Scientific Committee on Dense Magnetized PlasmasМеждународный научный комитет по плотной замагниченной плазмеNRC Kurchatov InstituteНИЦ «Курчатовский институт»1010202450331533127022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0367-2921/article/view/668871

Astrophysical jets are collimated plasma outflows observed in diverse astrophysical settings covering seven decades of spatial scale and twenty decades of power, which, nevertheless, share many common features. This similarity over wide range of scales indicates a common core of physics underlying this phenomenon, leading to considerable interest in observational, theoretical and numerical studies. Laboratory astrophysics experiments for simulating astrophysical jets are premised on this common core of physics responsible for multi-scale similarity of jets remaining valid down to laboratory spatial scales of millimeters. Jets formed after the disassembly of the non-cylindrical z-pinch formed in a plasma focus installation have recently been subjects of observational studies. They offer an important complementarity to the main lines of investigations in two respects. Firstly, the multi-faceted role of gravity, radiation, nuclear reactions and related astrophysics is eliminated retaining only a rapid implosion of a compact plasma object in a magnetohydrodynamic environment as a common feature. Secondly, observations can be made using techniques of laboratory plasma diagnostics. In this paper, we report preliminary results regarding presence of poloidal magnetic flux associated with the jets lasting long after the pinch disassembly. This is significant in the context of uncertainty regarding the origin of poloidal magnetic field postulated in several MHD models of astrophysical jet phenomena. Evidence indicating presence of a radial component of electric field suggests existence of plasma rotation as well. These results suggest that more refined experiments can provide insights into the astrophysical jetting phenomena not available from observational astronomy techniques.

Астрофизические джеты — это коллимированные потоки плазмы, наблюдаемые в различных астрофизических условиях, охватывающих семь порядков пространственного масштаба и двадцать порядков мощности, которые тем не менее имеют много общих черт. Это сходство в широком диапазоне масштабов указывает на единый физический механизм, лежащий в основе этого явления, что обуславливает значительный интерес к наблюдательным, теоретическим и численным исследованиям этого явления. Лабораторные астрофизические эксперименты по моделированию астрофизических джетов основаны на этом общем физическом механизме, ответственном за многомасштабное сходство плазменных потоков, остающееся действительным вплоть до лабораторных пространственных масштабов в миллиметры. Плазменные потоки, образовавшиеся после развала нецилиндрического z-пинча, сформированного в установке плазменного фокуса, недавно стали предметом экспериментальных исследований. Они обеспечивают важное дополнение к основным направлениям исследований по двум причинам. Во-первых, устраняется многогранная роль гравитации, излучения, ядерных реакций и связанной с ними астрофизики, сохраняя в качестве общей характеристики только быструю имплозию компактного плазменного объекта в магнитогидродинамической среде. Во-вторых, наблюдения могут быть проведены с использованием методов лабораторной диагностики плазмы. В этой статье мы сообщаем о предварительных результатах исследований полоидального магнитного потока, связанного со струями, существующего длительное время после развала пинча. Это важно в контексте неопределенности относительно происхождения полоидального магнитного поля, постулируемого в нескольких МГД-моделях астрофизических струйных явлений. Свидетельства, указывающие на наличие радиальной составляющей электрического поля, также предполагают существование вращения плазмы. Эти результаты позволяют рассчитывать, что дальнейшие эксперименты могут дать представление о процессах в астрофизических джетах, недоступных для исследований с помощью методов наблюдательной астрономии.

astrophysical jetslaboratory modelingplasma focusастрофизические джетылабораторное моделированиеплазменный фокусПравительство Российской ФедерацииGovernment of the Russian FederationDe Gouveia Dal Pino E. M. // AIP Conference Proceedings. 2005. V. 784. P. 183. https://doi.org/10.1063/1.2077183Romero G. E. // Astron. Nachr. 2021. V. 342. P. 727. https://doi.org/10.1002/asna.202113989Vlahakis N., Tsinganos K. // Monthly Not. Royal Astron. Soc. 1999. V. 307. P. 279.Pudritz R. E., Hardcastle M. J., Gabuzda D. C. // Space Sci. Rev. 2012. V. 169. P. 27. https://doi.org/10.1007/s11214-012-9895-zBeall J. H. // Acta Polytechnica CTU Proceed. 2014. V. 1(1). P. 259. https://doi.org/10.14311/APP.2014.01.0259Livio M. // Phys. Reps. 1999. V. 311. P. 225.Cayuso R., Carrasco F., Sbarato B., Reula O. // Phys. Rev. 2019. V. D100. P. 063009.Begelman M. Astrophysical Jets, 2011. http://www.kwasan.kyoto-u.ac.jp/ndams/presentation/begelman.pdfFarley D. R., Estabrook K. G., Glendinning S. G., Glenzer S. H., Remington B. A., Shigemori K., Stone J. M., Wallace R. J., Zimmerman G. B., Harte J. A. // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. P. 1982Albertazzi 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., Higginson D. P., Kroll F., Pikuz S. A., Naughton K., Romagnani L., Riconda C., Revet G., Riquier R., Schlenvoigt 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. 325Lebedev S. V., Frank A., Ryutov D. D. // Rev. Mod. Phys. 2019. V. 91. P. 025002.Hsu S. C.; Bellan P. M. // Monthly Not. Royal Astron. Soc. 2002. V. 334 P. 257.Krauz V., Myalton V., Vinogradov V., Velikhov E., Ananyev S., Vinogradova Yu., Dan’ko S., Kalinin Yu., Kanaev G., Mitrofanov K., Mokeev A., Nashilevsky A., Nikulin V., Pastukhov A., Remnev G., Stepanenko A., Kharrasov A. // Physica Scripta. 2014. V. T161. P. 014036.Krauz V., Myalton V., Vinogradov V., Velikhov E., Ananyev S., Dan’ko S., Kalinin Yu., Kharrasov A., Mitrofanov K., Vinogradova Yu. // 42nd EPS Confer. Plasma Phys., Lisbon, Portugal, 2015, V. 39E, ISBN2-914771-98-3, P. 4.401. http://ocs.ciemat.es/EPS2015PAP/pdf/P4.401.pdfPavez Cr., Pedreros J., Tarifeño-Saldivia A., Soto L. // Phys. Plasmas. 2015. V. 22. P. 040705. https://doi.org/10.1063/1.4919260Bernard A., Bruzzone H., Choi P., Chuaqui H., Gribkov V., Herrera J., Hirano K., Lee S., Luo C., Mezzetti F., Sadowski M. J., Schmidt H., Ware K., Wong C. S., Zoita V. // J. Moscow Phys. Soc. 1998. V. 8. P. 93.Auluck S., Kubes P., Paduch M., Sadowski M. J., Krauz V. I., Lee S., Soto L., Scholz M., Miklaszewski R., Schmidt H., Blagoev A., Samuelli M., Sing Seng Y., Springham V., Talebitaher A., Pavez C., Akel M., Ling Yap S., Verma R., Kolacek K., Keat P. L. Ch., Rawat R., Abdou A., Zhang G., Laas T. // Plasma. 2021. V. 4. P. 450.Митрофанов К. Н., Крауз В. И., Мялтон В. В., Велихов Е. П., Виноградов В. П., Виноградова Ю. В., Виноградова Ю. В. // ЖЭТФ. 2014. Т. 146. С. 1035.Митрофанов К. Н., Крауз В. И., Мялтон В. В., Виноградов В. П., Харрасов А. М., Виноградова Ю. В. // Астрономич. ж. 2017. Т. 94. С. 152.Krauz V. I., Mitrofanov K. N., Paduch M., Tomaszewski K., Szymaszek A., Zielinska E., Pariev V. I., Beskin V. S., Istomin Ya. N. // J. Plasma Phys. 2020. V 86. P. 905860607.Крауз В. И., Митрофанов К. Н., Мялтон В. В., Ильичев И. В., Харрасов А. М., Виноградова Ю. В. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. С. 829.Крауз В. И., Войтенко Д. А., Митрофанов К. Н., Мялтон В. В., Аршба Р. М., Астапенко Г. И., Марколия А. И., Тимошенко А. П. // Вопросы атомной науки и техники (ВАНТ). Сер. Термоядерный синтез. 2015. Вып. 2. С. 19.Filippov N. V., Filippova T. I., Khutoretskaia I. V., Mialton V. V., Vinogradov V. P. // Phys. Lett. 1996. V. A 211. P. 168Андреещев Е. А., Войтенко Д. А., Крауз В. И., Марколия А. И., Матвеев Ю. В., Решетняк Н. Г., Хаутиев Е. Ю. // Физика плазмы. 2007. Т. 33. С. 247.Scholz M., Miklaszewski R., Gribkov V. A., Mezzetti F. // Nukleonika. 2000. V. 45. P. 155.Krauz V. I., Mitrofanov K. N., Scholz M., Paduch M., Kubes P., Karpinski L., Zielinska E. // Eur Phys. Lett, 2012. Vol 98. P. 45001Auluck S. K. H. // Phys. of Plasmas. 2002. V. 9. P. 88.Auluck S. K. H. // Plasma Science and Applications (ICPSA 2013) Internat. J. Modern Phys.: Confer. Ser. 2014. V. 32 P. 1460315. https://doi.org/ 10.1142/S2010194514603159Митрофанов К. Н., Крауз В. И., Грабовский Е. В., Мялтон В. В., Падух М., Грицук А. Н. // Приборы и техника эксперимента. 2018. Вып. 2, С. 78.Walg S., Achterberg A., Markoff S., Keppens R., Melia-ni Z. // Monthly Not. Royal Astron. Soc. 2013. V. 433. P. 1453. https://doi.org/ 10.1093/mnras/stt823Крауз В. И., Митрофанов К. Н., Войтенко Д. А., Астапенко Г. И., Марколия А. И., Тимошенко А. П. // Астрономич. ж. 2019. Т. 96. С. 456.Митрофанов К. Н., Ананьев С. С., Войтенко Д. А., Крауз В. И., Астапенко Г. И., Марколия А. И., Мялтон В. В. // Астрономич. ж. 2017. Т. 94. С. 762Krauz V. I., Paduch M., Tomaszewski K., Mitrofanov K. N., Kharrasov A. M., Szymaszek A., Zielinska E. // European Phys. Lett. 2020. V. 129. P. 15003.Крауз В. И., Виноградов В. П., Харрасов А. М., Мялтон В. В., Митрофанов К. Н., Бескин В. С., Виноградова Ю. В., Ильичев И. В. // Астрономич. ж. 2023. Т. 100. С. 19.Auluck S. K. H. // Phys. Plasmas. 2020. V. 27. P. 022308. https://doi.org/10.1063/1.5139609Крауз В. И., Виноградов В. П., Мялтон В. В., Виноградова Ю. В., Харрасов А. М. // Вопросы атомной науки и техники (ВАНТ). Сер. Термоядерный синтез. 2018. Вып. 3. С. 48.Auluck S. K. H. // Phys. Plasmas. 2022. V. 29. P. 030703. https://doi.org/10.1063/5.0085870Auluck S. K. H. // Phys. Plasmas. 2011. V. 18. P. 032508.Крауз В. И., Митрофанов К. Н., Харрасов А. М., Ильичев И. В., Мялтон В. В., Ананьев С. С., Бескин В. С. // Астрономический журнал. 2021. Т. 98. С. 29.