Верификация расчетной модели движения токоплазменной оболочки в камерах плазменного фокуса

В работе проведена верификация математического моделирования движения токоплазменной оболочки в камерах плазменного фокуса, осуществляемого программой “Двумерный МГД-код для расчета плазменного фокуса”. Описан принцип работы генераторов импульсного нейтронного излучения на базе камер плазменного фокуса и приведены основные магнитогидродинамические уравнения, описывающие поведение полностью ионизованной плазмы, лежащие в основе МГД-кода. В МГД-коде моделирование движения токоплазменной оболочки проводится в рамках идеальной одножидкостной двумерной магнитной гидродинамики в предположении осесимметричного развития разряда. Верификация МГД-кода проведена путем сравнения результатов расчета с экспериментальными данными для камер плазменного фокуса ПФ7-02, Т19-Л316 и ПФ7-02М1, выпускаемых ВНИИА. Приведено сравнение расчетных и экспериментальных значений амплитуды разрядного тока, времени достижения максимума тока и времени особенности (время пинчевания), показан интерфейс программы. Показаны экспериментальная и расчетная зависимости амплитуды разрядного тока от зарядного напряжения для камеры Т19-Л316 в диапазоне напряжений от 17 до 23 кВ и токов от 150 до 200 кА. Сделано заключение о перспективности использования данной программы при разработке генераторов на камерах плазменного фокуса.

1. Филиппов Н.В., Филиппова Т.И., Петров Д.П., Храбров В.А. // Физика плазмы и проблемы управляемых термоядерных реакций. М.: АН СССР, 1958. Т. 4. С. 170–181.

2. Scholz M. Plasma-focus and Controlled Nuclear Fusion. The Henryk Neiwodniczanski Institute of Nuclear Physics. Poland, 2014.

3. Haines M.G. A review of the dense Z-pinch // Plasma Phys. Control. Fusion, 2011. V. 53. № 093001. https://doi.org/10.1088/0741-3335/53/9/093001

4. Матвеев Ю.В. Генерация жестких излучений и динамика плазмы в опытах с цилиндрическими z-пинчами // Физика плазмы. 2010. Т. 36. № 2. С. 1–16.

5. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Серия Б. Том IX-2. Высокоэнергетичная плазмодинамика. Отв. редактор А.С. Кингсепп. М.: Янус-К, 2007. С. 155–158.

6. Lee S., Saw S.H. Numerical experiments providing new insights into plasma focus fusion devices // Energies. 2010. V. 3. P. 711–737. https://doi.org/10.3390/en3040711

7. Нейтронные генераторы [Электронный ресурс]. М.: ВНИИА. URL http://vniia.ru/production/neitronnie-generatory/neytronnye-generatory.php (дата обращения 10.09.2022)

8. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011616791.

9. Вихрев В.В., Иванов В.В., Розанова Г.А. Развитие перетяжек при наличии коротковолнового возмущения границы z-пинча // Физика плазмы. 1989. Т. 15. Вып. 1. С. 77.

10. Yurkov D.I., Dualtov A.K., Lemeshko B.D., Golikov A.V., Andreev D.A., Mikhailov Yu.V., Pokuratov I.A., Selifanov A.N. Pulsed neutron generators based on the sealed chambers of plasma focus design with D and DT fillings // Journal of Physics, Conference Series, 2015. V. 653. № 012019. https://doi.org/10/1088/1742-6596/653/1/012019