磁惯性差分旋转实验室等离子体的结构与动力学

我们详细描述了在MAGPIE脉冲功率发生器（峰值电流1.4 MA，上升时间240 ns）上驱动的差分旋转等离子体的结构和演化。实验旨在模拟与吸积盘和喷流相关的物理过程，在实验室尺度上进行。一个圆柱形铝丝阵列Z箍缩被返回柱包围，整体方位角偏移，驱动产生烧蚀等离子体流，这些流以略微偏离径向的轨迹向内传播，将质量、角动量和约束冲压压力注入到轴上的旋转等离子体柱中。然而，等离子体可以自由轴向膨胀，形成一束准直的、差分旋转的轴向喷流，以约100 km/s的速度传播。喷流的密度分布对应于一个致密壳层包围一个低密度核心，这与离心势垒效应沿喷流传播持续存在一致。我们解析地证明，随着旋转等离子体吸积质量，质量和动量守恒意味着等离子体径向增长标度为$r \propto t^{1/3}$。随着特征转动惯量的增加，预测旋转速度会下降并稳定在约20 km/s的特征值。我们发现这两个预测与汤姆逊散射和光学自发射成像测量结果一致。