Controlling the Seeding and In-Flight Evolution of the Magneto-Rayleigh-Taylor Instability

控制磁瑞利泰勒不稳定性的播种和飞行中演化

基本信息

项目摘要

This project will test new ideas for effective compression and heating of plasmas via pulses of electric current channeled through the plasma. Such pulses can create powerful electromagnetic fields which then squeeze and heat the plasma. Instabilities can limit how much a cylinder of plasma can be squeezed by causing the plasma to break up into clumps. This research project will test new ideas for reducing plasma instabilities. The knowledge gained in this project could enable more powerful x-ray generation, higher-pressure material properties experiments, more efficient nuclear fusion generation, and a better understanding of astrophysical processes. The project will benefit society by advancing basic scientific knowledge, enabling future energy sources, and improving the national defense capabilities. This project will also help to train a diverse group of undergraduate and graduate students in plasma science and engineering while building stronger partnerships between academia, industry, and national laboratories.This project will investigate the way in which cylindrical plasmas become unstable and break apart when they are strongly compressed by a magnetic field. Two new theoretical concepts will be tested experimentally. The first study will investigate plasma instability when the plasma source is a cylindrical metal foil that has been vaporized and ionized by an intense pulse of electrical current. The goal of this study is to determine how the instability is affected by the material properties of the metal foil. Experiments will be conducted with various foil materials, and the results will be compared to predictions from a recently developed theory. The second study will investigate the effect of rotating the direction of the magnetic field lines as the plasma is compressed. A recently published theory predicts that the cumulative instability growth should be reduced by one to two orders of magnitude. Experiments will be conducted to test this theory.
该项目将通过通过血浆传播的电流脉冲来测试新想法,以有效地压缩和加热等离子体。 这样的脉冲可以产生强大的电磁场,然后挤压血浆并加热血浆。 不稳定性可以限制血浆圆柱体可以通过导致等离子体分解成团块来挤压多少。 该研究项目将测试减少血浆不稳定性的新想法。 该项目获得的知识可以使更强大的X射线产生,更高的压力材料特性实验,更有效的核融合产生以及对天体物理过程的更好理解。 该项目将通过推进基本科学知识,实现未来的能源并提高国防能力来使社会受益。 该项目还将有助于培训一群在血浆科学和工程领域的本科生和研究生,同时在学术界,工业和国家实验室之间建立更强的合作伙伴关系。该项目将研究圆柱等离子体在被磁场强烈压缩时变得不稳定并破裂的方式。将通过实验测试两个新的理论概念。 当血浆源是一种圆柱金属箔时,首次研究将研究血浆不稳定性,该金属箔已被电流强烈的脉冲脉冲蒸发和电离。 这项研究的目的是确定金属箔的材料特性如何影响不稳定性。 实验将使用各种箔材料进行,并将结果与​​最近开发的理论的预测进行比较。 第二项研究将研究在压缩血浆时旋转磁场线方向的效果。 最近发表的理论预测,累积不稳定性的生长应减少一到两个数量级。 将进行实验以检验该理论。

项目成果

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The electro-thermal stability of tantalum relative to aluminum and titanium in cylindrical liner ablation experiments at 550 kA
  • DOI:
    10.1063/1.5012891
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    A. Steiner;P. Campbell;D. Yager-Elorriaga;K. Cochrane;T. Mattsson;N. Jordan;R. Mcbride;Y. Lau;R. Gilgenbach
  • 通讯作者:
    A. Steiner;P. Campbell;D. Yager-Elorriaga;K. Cochrane;T. Mattsson;N. Jordan;R. Mcbride;Y. Lau;R. Gilgenbach
Liner implosion experiments driven by a dynamic screw pinch
动态螺杆夹紧驱动的内衬内爆实验
  • DOI:
    10.1063/5.0044906
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Campbell, Paul C.;Jones, T. M.;Woolstrum, J. M.;Jordan, N. M.;Schmit, P. F.;Velikovich, A. L.;Greenly, J. B.;Potter, W. M.;Lavine, E. S.;Kusse, B. R.
  • 通讯作者:
    Kusse, B. R.
Optimization of switch diagnostics on the MAIZE linear transformer driver
MAIZE 线性变压器驱动器上开关诊断的优化
  • DOI:
    10.1063/1.5113866
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Shah, A. P.;Campbell, P. C.;Miller, S. M.;Woolstrum, J. M.;Sporer, B. J.;Patel, S. G.;Jordan, N. M.;Gilgenbach, R. M.;McBride, R. D.
  • 通讯作者:
    McBride, R. D.
Diagnostic and Power Feed Upgrades to the MAIZE Facility
  • DOI:
    10.1109/tps.2018.2858796
  • 发表时间:
    2018-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    P. Campbell;J. Woolstrum;F. Antoulinakis;T. Jones;D. Yager-Elorriaga;S. Miller;N. Jordan;Y. Y. Lau-Y.;R. Gilgenbach;R. Mcbride
  • 通讯作者:
    P. Campbell;J. Woolstrum;F. Antoulinakis;T. Jones;D. Yager-Elorriaga;S. Miller;N. Jordan;Y. Y. Lau-Y.;R. Gilgenbach;R. Mcbride
Reduction of ablated surface expansion in pulsed-power-driven experiments using an aerosol dielectric coating
使用气溶胶介电涂层减少脉冲功率驱动实验中的烧蚀表面膨胀
  • DOI:
    10.1063/1.5066231
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Evans, M.;Adams, M. B.;Campbell, P. C.;Jordan, N. M.;Miller, S. M.;Ramey, N. B.;Shapovalov, R. V.;Young, J.;West-Abdallah, I.;Woolstrum, J. M.
  • 通讯作者:
    Woolstrum, J. M.
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