Plasma Physics ReportsPlasma Physics ReportsФизика плазмы0367-29213034-6371The Russian Academy of Sciences69286710.31857/S0367292125060057PLASMA DYNAMICSДИНАМИКА ПЛАЗМЫResearch ArticleNUMERICAL SIMULATION OF PLASMA JET EXPANSION IN A LABORATORY EXPERIMENTЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗЛЕТА ПЛАЗМЕННОЙ СТРУИ В ЛАБОРАТОРНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕSavenkoN. OСавенкоН. Оsavenkonkt@gmail.comUrvachevE. MУрвачевЕ. МLossevaT. VЛосеваТ. ВGrushinA. SГрушинА. СPokladYu. VПокладЮ. ВGasilovV. AГасиловВ. АKeldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of SciencesИнститут прикладной математики им. М.В. Келдыша РАНAll-Russian Scientific Research Institute of Automation named after N.L. Du- khovФГУП “Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова”National Research Center "Kurchatov Institute"НИЦ “Курчатовский институт”Institute of Geosphere Dynamics, Russian Academy of SciencesИнститут динамики геосфер им. академика М.А. Садовского РАН15062025516VOL 51, NO6 (2025)ТОМ 51, №6 (2025)62463411102025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0367-2921/article/view/692867

The results of numerical simulation of plasma jet expansion into a rarefied medium in a two-temperature gas dynamics model with separation of electron and ion temperatures are presented. The results obtained using two independent numerical methods are compared with the data of a laboratory experiment on jet injection into a vacuum chamber. It is shown that the ion and electron temperature of the main mass of the jet is in equilibrium. Estimates of the injection scenario are given taking into account the deformation of the generator nozzle.

Приводятся результаты численного моделирования разлета плазменной струи в разреженную среду в модели двухтемпературной газовой динамики с отрывом температур электронов и ионов. Проведено сравнение результатов, полученных с помощью двух независимых численных методик, с данными лабораторного эксперимента по инжекции струи в вакуумную камеру. Показано, что температура ионов и электронов в основной массе струи находится в равновесии. Приведены оценки сценария инжекции с учетом деформации сопла генератора.

high-speed aluminum plasma jetexplosive-type generatortwo-temperature gas-dynamic numerical simulationlaboratory experimentbrightness temperatureвысокоскоростная алюминиевая плазменная струякумулятивные взрывные плазменные генераторыдвухтемпературное газодинамическое численное моделированиелабораторный экспериментяркостная температураРабота Урвачева Е.М. и Гасилова В.А. выполнена в рамках проекта РНФ №25-61-00018. Работа Лосевой Т.В. и Поклада Ю.В. выполнена в рамках государственного задания №FMWN-2025-0006.Велихов Е.П., Ильгисонис В.И. // Вестн. Российской академии наук. 2021. Т. 91. С. 470. https://doi.org/10.31857/S0869587321050248Gong X., Song Y., Wan B., Li J., Chen Y., Wan Y., Wu X., Lui F., Chen J., Hu Y. et al.// Nuclear Fusion. 2024. V. 64 P. 112013. https://doi.org/10.1088/1741-4326/ad4270Гришина И.А., Иванов В.А. // Успехи прикладной физики. 2022. Т. 10. С. 234. https://doi.org/10.51368/2307-4469-2022-10-3-234-255Zylstra A.B., Kritcher A.L., Hurricane O.A., Callahan D.A., Baker K., Braun T., Casey D.T., Clark D., Clark K., Dopper T. et al. // Phys. Rev. Lett. 2021. V. 126. P. 025001. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.025001Александров В.В., Баско М.М., Браницкий А.В., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Митрофанов К.Н., Олейник Г.М., Сасоров П.В., Фролов И.Н. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. С. 613. https://doi.org/10.31857/S0367292121070039Кузенов В.В., Рыжков С.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2018. Т. 9. С. 63. https://doi.org/10.1134/S207956291706015XSorokin S.A. // Plasma Phys. Controlled Fusion. 2022. V. 64. P. 065005. https://doi.org/10.1088/1361-6587/ac688fБеляев В.С., Бисноватый-Коган Г.С., Громов А.И., Загреев Б.В., Лобанов А.В., Матафонов А.П., Моисеенко С.Г., Торопина О.Д. // АЖ 2018. Т. 95. С. 171. https://doi.org/10.7868/s0004629918030039Бескин В.С., Крауз В.И., Ламзин С.А. // УФН. 2023. Т. 193. С. 345. https://doi.org/10.3367/UFNr.2021.12.039130Урвачев Е.М., Лосева Т.В., Ляхов А.Н., Зецер Ю.И. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. С. 1118. https://doi.org/10.31857/S0367292123601145Zetser J.I., Poklad Y.V., Erlandson R.E. // Izvestiya, Phys. Solid Earth. 2021. V. 57. P. 745. https://doi.org/10.1134/S1069351321050219Лосева Т.В., Голубь А.П., Косарев И.Б., Поклад Ю.В., Ляхов А.Н., Зецер Ю.И. // Динамические процессы в геосферах. 2021. №13. С. 175. https://doi.org/10.26006/22228535_2021_1_175Bartosiewicz Y., Proulx P., Mercadier Y. // J. Phys. D: Applied Phys. 2002. V. 35. P. 2139. https://doi.org/10.1088/0022-3727/35/17/310Gasilov V.A., Boldarev A.S., Olkhovskaya O.G., Boykov D.S., Sharova Y.S., Savenko N.O., Kotelnikov A.M. // Вычислительные методы и программирование. 2023. Т. 24. С. 316. https://doi.org/10.26089/NumMet.v24r423Glazyrin S.I., Zakharov P.P., Gorodnichev K.E., Kuratov S.E. // Phys. Plasmas. 2024. V. 31. P. 062708. https://doi.org/10.1063/5.0203387Vichev I.Yu., Solomyannaya A.D., Grushin A.S., Kim D.A. // High Energy Density Phys. 2019. V. 33. P. 100713. https://doi.org/10.1016/j.hedp.2019.100713Гаврилов Б.Г., Зецер Ю.И. // Динамические процессы в геосферах. 2024. Т. 16. С. 146. https://doi.org/10.26006/29490995_2024_16_3_146Войтенко А.Е. // ДАН. 1964. Т. 158. С. 1278.Swenson C.M., Kelley M.C., Primdahl F., Baker K.D. // Geophys. Res. Lett. 1990. V. 17. P. 2337. https://doi.org/10.1029/GL017i013p02337Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука. 1966. 686 с.Арцимович Л.А. и Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. М.: Атомиздат. 1979. 320 с.Савенко Н.О., Урвачев Е.М. // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша (в печати, 2025)Toro E.F. Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics. Springer Science & Business Media, 2013. ISBN:978-3-642-06438-8.Saha M.N. // Proceed. Royal Soc. London. Ser. A. Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. 1921. V. 99. P. 135. https://doi.org/10.1098/rspa.1921.0029Nikiforov A.F., Novikov V.G., Uvarov V.B. Quantum-statistical models of hot dense matter: methods for computation opacity and equation of state. Basel, Boston: Birkhäuser Verlag, 2005.Вичев И.Ю., Грушин А.С., Новиков В.Г., Соломянная А.Д. KIAM_DB: база атомных данных для расчетов спектральных свойств плазмы. М.: ИПМ им. М.В. Келдыша, 2016.Modern Methods in Collisional-Radiative Modeling of Plasmas / Ed. Y. Ralchenko. Springer, 2016.Urvachev E.M. Blinnikov S.I., Glazyrin S.I., Shidlovski D.S. // Astron. Lett. 2023. V. 49. С. 454. https://doi.org/10.1134/S1063773723080054Ralchenko Y., Fuhr J., Jou F., Martin W., Podobedova L., Reader J., Sansonetti J, Wiese W. NIST Atomic Spectra Database. 2006.Losseva T.V., Urvachev E.M., Goncharov E.S., Lyakhov A.N. // Plasma Phys. Rep. 2024. V. 50. P. 1411. https://doi.org/10.1134/S1063780X24601536Losseva T.V., Kosarev I.B., Poklad Yu.V., Lyakhov A.N., Zetser Yu.I., Urvachev E.M. // Plasma Phys. Rep. 2022. V. 48. P. 1106. https://doi.org/10.1134/S1063780X2260058XСавенко Н.О. // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша. 2023. №51. https://doi.org/10.20948/prepr-2023-51Glazyrin S.I., Lykov V.A., Karpov S.A., Karlykhanov N.G., Gryaznykh D.A., Bychenkov V.Yu. // JETP Lett. 2022. V. 116. P. 83. https://doi.org/10.1134/S0021364022601208Krumholz M.R., Klein R.I., McKee C.F., Bolstad J. // Astrophys. J. 2007. V. 667. P. 626. https://doi.org/10.1086/520791Urvachev E., Shidlovski D., Tominaga N., Glazyrin S., Blinnikov S. // Astrophys. J. Supplement Ser. 2021. V. 256. https://doi.org/10.3847/1538-4365/ac0972Косарев И.Б. // Динамические процессы в геосферах. Вып. 9: Сборник научных трудов ИДГ РАН. М.: ГЕОС, 2017. С. 110.Лосева Т.В., Косарев И.Б., Ляхов А.Н., Зецер Ю.И., Черменин А.В. // Динамические процессы в геосферах. 2019. №11. С. 134. https://doi.org/10.26006/IDG.2019.11.38615Popel S.I., Gisko A.A., Golub’ A.P., Losseva T.V., Bingham R., Shukla P.K. // Phys. Plasmas. 2000. V. 7. P. 2410. https://doi.org/10.1063/1.874079Лосева Т.В., Попель С.И., Голубь А.П. // Физика плазмы. 2020. Т. 46. С. 1007. https://doi.org/10.31857/S0367292120110049Ступицкий Е.Л., Репин А.Ю., Холодов А.С., Холодов Я.А. // Математическое моделирование. 2004. Т. 16. С. 43.Захаров Ю.П., Оришич А.М., Пономаренко А.Г. // Новости термоядерных исследований. 1987. №1. С. 10.Гончаров Е.С., Урвачев Е.М. // Динамические процессы в геосферах. 2025. Т. 17. С. 74. https://doi.org/10.26006/29490995_2025_17_1_74Айдакина Н.А., Галка А.Г., Гундорин В.И., Гущин М.Е., Зудин И.Ю., Коробков С.В., Костров С.В., Лоскутов К.Н., Могилевский М.М. и др. // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58. С. 331. https://doi.org/10.7868/S0016794018030033Shmelev D.L., Zhigalin A.S, Chaikovsky S.A., Oreshkin V.I., Rousskikh A.G. // Phys. Plasmas. 2020. V. 27. https://doi.org/10.1063/5.0010853Rousskikh A.G., Zhigalin A.S., Oreshkin V.I., Labetskaya N.A., Kuzminykh A.M. // Plasma Phys. Rep. 2024. V. 50. P. 800. https://doi.org/10.1134/S1063780X24600890Zakharov Y.P., Ponomarenko A.G., Terekhin V.A., Posukh V.G., Shaikhislamov I.F., Chibranov A.A. // Quantum Electronics. 2019. V. 49. P. 181. https://doi.org/10.1070/QEL16884Zakharov Y.P., Neznamov V.P., Terekhin V.A., Shaikhislamov I.F., Posukh V.G., Trushin P.A., Chibranov A.A., Berezutsky A.G., Rumenskikh M.S., Efimov M.A. // J. Phys.: Confer. Ser. 2021. V. 2067. P. 012021. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2067/1/012021Nikolenko A.S., Gushchin M.E., Korobkov S.V., Zudin I.Yu., Aidakina N.A., Strikovskiy A.V., Loskutov K.N. // Plasma Phys. Rep. 2023. V. 49. P. 1284. https://doi.org/10.1134/S1063780X23601141