UK 
EnglishТипова
Polski🌀 Z-пінч
Z-пінч: сильний струм у плазмі створює магнітне поле, яке стискає її до величезних густин і температур. Нестійкості перетяжки та згину.
Про цю симуляцію
Цей симулятор інтегрує спрощений магнітогідродинамічний Z-пінч: 180 заряджених частинок обертаються всередині циліндричного перерізу, тоді як спрямована всередину сила Лоренца −I²·r тягне їх до осі, а зовнішній тепловий тиск T/r протидіє, встановлюючи рівноважний радіус пінчу Беннета Req ∝ √T/I (обмежений між 0,15 і 1,0). Стовп також розділено на 32 осьові сегменти, чий радіус або бічне зміщення синусоїдально збурюється, щоб зародити дві класичні ідеальні МГД-нестійкості — моду «сосиска» (m=0), яка періодично звужує й розширює радіус уздовж осі, та моду «згин» (m=1), яка вигинає всю центральну лінію вбік — кожна зростає зі швидкістю, пропорційною I/(√T·Req).
🔬 Що показано
Два синхронізовані вигляди того самого стовпа плазми: ліва канва — це поперечний переріз, що показує 180 частинок і межу пінчу (з ледь помітними кільцями силових ліній магнітного поля), а права канва — осьовий бічний профіль, що простежує радіус стовпа вздовж його довжини. Індикатор відсотка зростання та колір (бурштиновий → червоний) відстежують, наскільки розвинулася обрана нестійкість, поряд із живими показниками радіуса пінчу, бети плазми, стиснення та часу.
🎮 Як користуватися
Оберіть «Стабільний», «Сосиска» або «Згин» серед кнопок режиму, потім перетягніть повзунок Струм I (МА), щоб змінити силу пінчу, Температура (кеВ), щоб змінити зовнішній тепловий тиск, і Збурення, щоб задати амплітуду зародження, з якої зростає нестійкість. Скидання переініціалізує 180 частинок і 32 сегменти з нуля; Пауза зупиняє анімацію, щоб детально розглянути момент.
💡 Чи знали ви?
Притаманна Z-пінчу нестійкість — це та сама фізика, що й нестійкість Релея–Плато, яка розбиває струмінь води, що падає, на краплі: струмонесучий стовп «перетягується» там, де він трохи тонший, бо магнітне поле там сильніше, що прискорює стиснення — реальні імпульсні Z-пінчі, як-от Z Machine у Сандії, повинні перевершити цей ефект стисненням за наносекунди, перш ніж він зруйнує стовп.
Часті запитання
Що таке Z-пінч і чому він так називається?
Z-пінч — це схема утримання плазми, у якій сильний струм тече вздовж осі z циліндричного стовпа й створює власне азимутальне магнітне поле Bθ. За законом сили Лоренца це поле штовхає струмонесучу плазму назад, усередину, стискаючи — «защемлюючи» — її до осі; звідси й назва. Цей симулятор відтворює саме цю спрямовану всередину силу (∝ −I²·r) проти зовнішнього теплового тиску (∝ T/r) для 180 частинок, встановлюючи рівноважний радіус на кшталт пінчу Беннета.
Чому пінч стає нестійким замість того, щоб просто стиснутися до сталого радіуса?
Стиснутий стовп перебуває в силовій рівновазі лише в один момент часу; той самий зворотний зв'язок, що створює рівновагу, також підсилює будь-яке мале збурення, оскільки трохи тонша ділянка все одно несе повний струм через меншу площу, тож її магнітний тиск зростає швидше, ніж тепловий тиск встигає протидіяти. Саме цей лавиноподібний зворотний зв'язок робить ідеальний Z-пінч за своєю природою нестійким, і саме цей механізм відтворюють формули швидкості зростання нестійкостей «сосиска» та «згин» у цій симуляції.
У чому різниця між нестійкістю «сосиска» (m=0) і «згин» (m=1)?
Мода «сосиска» періодично змінює радіус стовпа вздовж його довжини — чергуючи вузькі «перетяжки» та потовщення — безпосередньо збурюючи радіус кожного осьового сегмента (segR[]). Мода «згин» натомість зміщує центральну лінію вбік у формі, що звивається, не обов'язково змінюючи локальний радіус, збурюючи бічне зміщення (segDx[]) для кожного сегмента. Обидві моди зростають від того самого повзунка збурення, але симуляція надає моді згину дещо повільніший коефіцієнт зростання (0,6), ніж моді сосиски (0,8).
Що таке бета плазми (β) і чому панель статистики відстежує її?
Бета плазми β = 2μ₀nkT/B² — це відношення теплового (частинкового) тиску до магнітного тиску. Низька β означає, що домінує магнітне поле і утримання щільне; висока β означає, що тепловий тиск порівняно великий, а стовп — вільніший. Панель обчислює β в реальному часі на основі поточних значень температури та струму й миттєвого рівноважного радіуса, тож підвищення температури або зниження струму помітно піднімає β.
Як повзунки струму та температури змінюють рівноважний радіус і зростання нестійкості?
Рівноважний радіус слідує Req ∝ √T/I: підвищення струму збільшує силу пінчу (∝ I²), зменшуючи Req, тож показник стиснення (R₀/Req) зростає; підвищення температури збільшує зовнішній тепловий тиск (∝ T), розширюючи Req. Швидкості зростання обох нестійкостей масштабуються як I/(√T·Req), тож гарячіший стовп зі слабшим струмом стискається й дестабілізується повільніше, а холодніший стовп із сильнішим струмом стискається щільно й швидко стає нестійким.
Пропустіть мегаампери через стовп плазми й дивіться, як власне магнітне поле стискає його, поки нестійкості «сосиска» та «згин» не розірвуть пінч.
2D · HTML5 Canvas 2D · ціль 60 FPS · працює повністю на стороні клієнта, без встановлення