Rayleigh-Taylor instability with self-generated magnetic field and thermal conduction in 2D

Abstract

High energy density laboratory experiments on Rayleigh-Taylor instability (RTI) [1] in nonlinear regime show the plasma behavior significantly different from classical simulation results. We include the effects of self-generated magnetic field and heat conduction in simulations aiming to improve agreement with experiments. We find maximum magnetic fields generated ~11MG (β=0.091) without heat conduction (κ=0), field growth saturated by t=20ns; and ~1.7 MG with heat conduction taken into account. Strong magnetic fields in κ=0 simulations affect flow dynamics, new modes are generated. Effect of weaker magnetic fields in simulations with physical values of κ is insignificant; the main difference with classical RTI simulations is suppressed small scale features. In none of the simulations are mass extensions observed.

В экспериментах неустойчивости Рэлея-Тэйлора (НРТ) в лабораториях высоких плотностей энергии [1] поведение жидкости существенно отличается от классических результатов численного моделирования. С целью улучшить согласие с экспериментами мы включили в моделирование эффекты самогенерирующегося магнитного поля и теплопроводности. Максимальное магнитное поле получено ~11 MG (β=0.091) в отсутствие теплопроводности (κ=0), рост поля насыщается к t=20 ns; и ~1.7 MG при учтённой теплопроводности. Сильное магнитное поле в модели с κ=0 меняет динамику неустойчивости, генерируются новые моды. Эффект более слабого поля в моделировании с физическими значениями κ несуществен; основное отличие от классической НРТ заключается в подавлении мелкомасштабных структур. Удлинения РТ структур в моделях не наблюдалось.

У експериментах нестійкості Релея-Тейлора (НРТ) в лабораторіях великих щільностей енергії [1] поведінка рідини суттєво відрізняється від класичних результатів чисельного моделювання. Для узгодження з експериментами ми включили в моделювання ефекти магнітного поля, що самогенерується, та теплопровідності. Максимальне магнітне поле одержано ~11 MG (β=0.091) за відсутностю теплопровідності (κ=0), зростання поля насичується до t=20 ns; та ~1.7 MG, коли теплопровідність врахована. Сильне магнітне поле в моделі з κ=0 змінює динаміку нестійкості, генеруються нові моди. Ефект більш слабкого поля при моделюванні з фізичними значеннями κ несуттєвий; головною відмінністю від класичної НРТ є нерозвиненість дрібномасштабних структур. Подовження РТ структур в моделях не помічалося.