NUMERICAL SIMULATION OF PLASMA JET EXPANSION IN A LABORATORY EXPERIMENT

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The results of numerical simulation of plasma jet expansion into a rarefied medium in a two-temperature gas dynamics model with separation of electron and ion temperatures are presented. The results obtained using two independent numerical methods are compared with the data of a laboratory experiment on jet injection into a vacuum chamber. It is shown that the ion and electron temperature of the main mass of the jet is in equilibrium. Estimates of the injection scenario are given taking into account the deformation of the generator nozzle.

About the authors

N. O Savenko

Keldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of Sciences

Email: savenkonkt@gmail.com
Moscow, Russia

E. M Urvachev

Keldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of Sciences; All-Russian Scientific Research Institute of Automation named after N.L. Du- khov; National Research Center "Kurchatov Institute"

Moscow, Russia

T. V Losseva

Institute of Geosphere Dynamics, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

A. S Grushin

Keldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

Yu. V Poklad

Institute of Geosphere Dynamics, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

V. A Gasilov

Keldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

References

  1. Велихов Е.П., Ильгисонис В.И. // Вестн. Российской академии наук. 2021. Т. 91. С. 470. https://doi.org/10.31857/S0869587321050248
  2. Gong X., Song Y., Wan B., Li J., Chen Y., Wan Y., Wu X., Lui F., Chen J., Hu Y. et al.// Nuclear Fusion. 2024. V. 64 P. 112013. https://doi.org/10.1088/1741-4326/ad4270
  3. Гришина И.А., Иванов В.А. // Успехи прикладной физики. 2022. Т. 10. С. 234. https://doi.org/10.51368/2307-4469-2022-10-3-234-255
  4. Zylstra A.B., Kritcher A.L., Hurricane O.A., Callahan D.A., Baker K., Braun T., Casey D.T., Clark D., Clark K., Dopper T. et al. // Phys. Rev. Lett. 2021. V. 126. P. 025001. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.025001
  5. Александров В.В., Баско М.М., Браницкий А.В., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Митрофанов К.Н., Олейник Г.М., Сасоров П.В., Фролов И.Н. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. С. 613. https://doi.org/10.31857/S0367292121070039
  6. Кузенов В.В., Рыжков С.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2018. Т. 9. С. 63. https://doi.org/10.1134/S207956291706015X
  7. Sorokin S.A. // Plasma Phys. Controlled Fusion. 2022. V. 64. P. 065005. https://doi.org/10.1088/1361-6587/ac688f
  8. Беляев В.С., Бисноватый-Коган Г.С., Громов А.И., Загреев Б.В., Лобанов А.В., Матафонов А.П., Моисеенко С.Г., Торопина О.Д. // АЖ 2018. Т. 95. С. 171. https://doi.org/10.7868/s0004629918030039
  9. Бескин В.С., Крауз В.И., Ламзин С.А. // УФН. 2023. Т. 193. С. 345. https://doi.org/10.3367/UFNr.2021.12.039130
  10. Урвачев Е.М., Лосева Т.В., Ляхов А.Н., Зецер Ю.И. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. С. 1118. https://doi.org/10.31857/S0367292123601145
  11. Zetser J.I., Poklad Y.V., Erlandson R.E. // Izvestiya, Phys. Solid Earth. 2021. V. 57. P. 745. https://doi.org/10.1134/S1069351321050219
  12. Лосева Т.В., Голубь А.П., Косарев И.Б., Поклад Ю.В., Ляхов А.Н., Зецер Ю.И. // Динамические процессы в геосферах. 2021. №13. С. 175. https://doi.org/10.26006/22228535_2021_1_175
  13. Bartosiewicz Y., Proulx P., Mercadier Y. // J. Phys. D: Applied Phys. 2002. V. 35. P. 2139. https://doi.org/10.1088/0022-3727/35/17/310
  14. Gasilov V.A., Boldarev A.S., Olkhovskaya O.G., Boykov D.S., Sharova Y.S., Savenko N.O., Kotelnikov A.M. // Вычислительные методы и программирование. 2023. Т. 24. С. 316. https://doi.org/10.26089/NumMet.v24r423
  15. Glazyrin S.I., Zakharov P.P., Gorodnichev K.E., Kuratov S.E. // Phys. Plasmas. 2024. V. 31. P. 062708. https://doi.org/10.1063/5.0203387
  16. Vichev I.Yu., Solomyannaya A.D., Grushin A.S., Kim D.A. // High Energy Density Phys. 2019. V. 33. P. 100713. https://doi.org/10.1016/j.hedp.2019.100713
  17. Гаврилов Б.Г., Зецер Ю.И. // Динамические процессы в геосферах. 2024. Т. 16. С. 146. https://doi.org/10.26006/29490995_2024_16_3_146
  18. Войтенко А.Е. // ДАН. 1964. Т. 158. С. 1278.
  19. Swenson C.M., Kelley M.C., Primdahl F., Baker K.D. // Geophys. Res. Lett. 1990. V. 17. P. 2337. https://doi.org/10.1029/GL017i013p02337
  20. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука. 1966. 686 с.
  21. Арцимович Л.А. и Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. М.: Атомиздат. 1979. 320 с.
  22. Савенко Н.О., Урвачев Е.М. // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша (в печати, 2025)
  23. Toro E.F. Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics. Springer Science & Business Media, 2013. ISBN:978-3-642-06438-8.
  24. Saha M.N. // Proceed. Royal Soc. London. Ser. A. Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. 1921. V. 99. P. 135. https://doi.org/10.1098/rspa.1921.0029
  25. Nikiforov A.F., Novikov V.G., Uvarov V.B. Quantum-statistical models of hot dense matter: methods for computation opacity and equation of state. Basel, Boston: Birkhäuser Verlag, 2005.
  26. Вичев И.Ю., Грушин А.С., Новиков В.Г., Соломянная А.Д. KIAM_DB: база атомных данных для расчетов спектральных свойств плазмы. М.: ИПМ им. М.В. Келдыша, 2016.
  27. Modern Methods in Collisional-Radiative Modeling of Plasmas / Ed. Y. Ralchenko. Springer, 2016.
  28. Urvachev E.M. Blinnikov S.I., Glazyrin S.I., Shidlovski D.S. // Astron. Lett. 2023. V. 49. С. 454. https://doi.org/10.1134/S1063773723080054
  29. Ralchenko Y., Fuhr J., Jou F., Martin W., Podobedova L., Reader J., Sansonetti J, Wiese W. NIST Atomic Spectra Database. 2006.
  30. Losseva T.V., Urvachev E.M., Goncharov E.S., Lyakhov A.N. // Plasma Phys. Rep. 2024. V. 50. P. 1411. https://doi.org/10.1134/S1063780X24601536
  31. Losseva T.V., Kosarev I.B., Poklad Yu.V., Lyakhov A.N., Zetser Yu.I., Urvachev E.M. // Plasma Phys. Rep. 2022. V. 48. P. 1106. https://doi.org/10.1134/S1063780X2260058X
  32. Савенко Н.О. // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша. 2023. №51. https://doi.org/10.20948/prepr-2023-51
  33. Glazyrin S.I., Lykov V.A., Karpov S.A., Karlykhanov N.G., Gryaznykh D.A., Bychenkov V.Yu. // JETP Lett. 2022. V. 116. P. 83. https://doi.org/10.1134/S0021364022601208
  34. Krumholz M.R., Klein R.I., McKee C.F., Bolstad J. // Astrophys. J. 2007. V. 667. P. 626. https://doi.org/10.1086/520791
  35. Urvachev E., Shidlovski D., Tominaga N., Glazyrin S., Blinnikov S. // Astrophys. J. Supplement Ser. 2021. V. 256. https://doi.org/10.3847/1538-4365/ac0972
  36. Косарев И.Б. // Динамические процессы в геосферах. Вып. 9: Сборник научных трудов ИДГ РАН. М.: ГЕОС, 2017. С. 110.
  37. Лосева Т.В., Косарев И.Б., Ляхов А.Н., Зецер Ю.И., Черменин А.В. // Динамические процессы в геосферах. 2019. №11. С. 134. https://doi.org/10.26006/IDG.2019.11.38615
  38. Popel S.I., Gisko A.A., Golub’ A.P., Losseva T.V., Bingham R., Shukla P.K. // Phys. Plasmas. 2000. V. 7. P. 2410. https://doi.org/10.1063/1.874079
  39. Лосева Т.В., Попель С.И., Голубь А.П. // Физика плазмы. 2020. Т. 46. С. 1007. https://doi.org/10.31857/S0367292120110049
  40. Ступицкий Е.Л., Репин А.Ю., Холодов А.С., Холодов Я.А. // Математическое моделирование. 2004. Т. 16. С. 43.
  41. Захаров Ю.П., Оришич А.М., Пономаренко А.Г. // Новости термоядерных исследований. 1987. №1. С. 10.
  42. Гончаров Е.С., Урвачев Е.М. // Динамические процессы в геосферах. 2025. Т. 17. С. 74. https://doi.org/10.26006/29490995_2025_17_1_74
  43. Айдакина Н.А., Галка А.Г., Гундорин В.И., Гущин М.Е., Зудин И.Ю., Коробков С.В., Костров С.В., Лоскутов К.Н., Могилевский М.М. и др. // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58. С. 331. https://doi.org/10.7868/S0016794018030033
  44. Shmelev D.L., Zhigalin A.S, Chaikovsky S.A., Oreshkin V.I., Rousskikh A.G. // Phys. Plasmas. 2020. V. 27. https://doi.org/10.1063/5.0010853
  45. Rousskikh A.G., Zhigalin A.S., Oreshkin V.I., Labetskaya N.A., Kuzminykh A.M. // Plasma Phys. Rep. 2024. V. 50. P. 800. https://doi.org/10.1134/S1063780X24600890
  46. Zakharov Y.P., Ponomarenko A.G., Terekhin V.A., Posukh V.G., Shaikhislamov I.F., Chibranov A.A. // Quantum Electronics. 2019. V. 49. P. 181. https://doi.org/10.1070/QEL16884
  47. Zakharov Y.P., Neznamov V.P., Terekhin V.A., Shaikhislamov I.F., Posukh V.G., Trushin P.A., Chibranov A.A., Berezutsky A.G., Rumenskikh M.S., Efimov M.A. // J. Phys.: Confer. Ser. 2021. V. 2067. P. 012021. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2067/1/012021
  48. Nikolenko A.S., Gushchin M.E., Korobkov S.V., Zudin I.Yu., Aidakina N.A., Strikovskiy A.V., Loskutov K.N. // Plasma Phys. Rep. 2023. V. 49. P. 1284. https://doi.org/10.1134/S1063780X23601141

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».