PL 
EnglishDomyślny
Українська🌀 Z-Pinch
Przepuść megaampery przez kolumnę plazmy i obserwuj, jak jej własne pole magnetyczne ją ściska, aż niestabilności kiełbaskowa i zgięciowa rozerwą pinch.
Podobne symulacje
O tej symulacji
Symulator całkuje uproszczony magnetohydrodynamiczny Z-pinch: 180 naładowanych cząstek krąży wewnątrz cylindrycznego przekroju, podczas gdy skierowana do wewnątrz siła podobna do siły Lorentza −I²·r ciągnie je ku osi, a skierowany na zewnątrz człon ciśnienia termicznego T/r odpycha je z powrotem, ustalając równowagę typu Bennetta przy promieniu R_eq ∝ √T/I. Kolumna jest też podzielona na 32 segmenty osiowe, których promień lub boczne przesunięcie jest zaburzane sinusoidalnie, by zasiać dwie klasyczne niestabilności idealnej MHD — mod kiełbaskowy m=0 i mod kinkowy m=1.
🔬 Co przedstawia
Dwa zsynchronizowane widoki tej samej kolumny plazmy: lewe płótno to przekrój pokazujący 180 cząstek i granicę pinchu, a prawe to profil osiowy śledzący promień kolumny wzdłuż jej długości. Wskaźnik procentowy wzrostu i kolor śledzą rozwój wybranej niestabilności.
🎮 Jak korzystać
Wybierz Stable, Sausage lub Kink z przycisków trybu, a następnie przeciągnij Current I (MA), by zmienić siłę pinchu, Temperature (keV), by zmienić ciśnienie termiczne, i Perturbation, by ustawić amplitudę zaburzenia zasiewającego niestabilność.
💡 Czy wiesz, że?
Wrodzona niestabilność Z-pinchu to dokładnie ta sama fizyka co niestabilność Rayleigha-Plateau, która rozbija spadający strumień wody na krople: kolumna przewodząca prąd „zwęża się” tam, gdzie jest odrobinę cieńsza, ponieważ pole magnetyczne jest tam silniejsze.
Najczęściej zadawane pytania
Czym jest Z-pinch i skąd ta nazwa?
Z-pinch to schemat ograniczania plazmy, w którym silny prąd płynie wzdłuż osi z cylindrycznej kolumny i generuje własne azymutalne pole magnetyczne B_θ. Zgodnie z prawem siły Lorentza to pole odpycha z powrotem do wewnątrz plazmę przewodzącą prąd, ściskając ją ku osi — stąd nazwa „pinch”. Ten symulator napędza dokładnie tę skierowaną do wewnątrz siłę (∝ −I²·r) przeciwko skierowanemu na zewnątrz ciśnieniu termicznemu (∝ T/r) dla 180 cząstek, ustalając promień równowagi podobny do Bennetta.
Dlaczego pinch staje się niestabilny zamiast po prostu skompresować się do stałego promienia?
Ściśnięta kolumna znajduje się w równowadze sił tylko przez jedną chwilę; to samo sprzężenie zwrotne, które tworzy równowagę, wzmacnia też każde małe zaburzenie, ponieważ odrobinę cieńszy odcinek nadal przenosi pełny prąd przez mniejszą powierzchnię, więc jego ciśnienie magnetyczne rośnie szybciej, niż ciśnienie termiczne może się temu przeciwstawić. To samonapędzające się sprzężenie sprawia, że idealny Z-pinch jest z natury niestabilny.
Jaka jest różnica między niestabilnością kiełbaskową (m=0) a kinkową (m=1)?
Mod kiełbaskowy okresowo moduluje promień kolumny wzdłuż jej długości — naprzemienne wąskie „przewężenia” i wybrzuszenia — zaburzając bezpośrednio promień każdego segmentu osiowego. Mod kinkowy przesuwa natomiast linię środkową na boki w wężowym wzorze, niekoniecznie zmieniając lokalny promień, zaburzając boczne przesunięcie każdego segmentu. Oba rosną z tego samego suwaka Perturbation, ale symulacja nadaje kinkowi nieco wolniejszy współczynnik wzrostu (0,6) niż kiełbaskowemu (0,8).
Czym jest beta plazmy (β) i dlaczego panel statystyk ją śledzi?
Beta plazmy β = 2μ₀nkT/B² to stosunek ciśnienia termicznego (cząstek) do ciśnienia magnetycznego. Niskie β oznacza, że dominuje pole magnetyczne, a ograniczenie jest ścisłe; wysokie β oznacza, że ciśnienie termiczne jest stosunkowo duże, a kolumna jest luźniejsza. Panel przelicza β na żywo na podstawie bieżących wartości Temperature i Current oraz chwilowego promienia równowagi.
Jak suwaki Current i Temperature zmieniają promień równowagi i wzrost niestabilności?
Promień równowagi podąża za R_eq ∝ √T/I: zwiększenie Current zwiększa siłę pinchu (∝ I²), zmniejszając R_eq, więc statystyka Compression (R₀/R_eq) rośnie; zwiększenie Temperature zwiększa skierowane na zewnątrz ciśnienie termiczne (∝ T), rozszerzając R_eq. Tempo wzrostu obu niestabilności skaluje się jak I/(√T·R_eq), więc gorętsza kolumna o słabszym prądzie ściska się i destabilizuje wolniej, a chłodniejsza o silniejszym prądzie kompresuje się mocno i szybko staje się niestabilna.