A modification of the wire array Z pinch, the conical wire array, has applications to the understanding of wire array implosions and potentially to pulse shaping relevant to inertial confinement fusion. Results are presented from imploding conical wire array experiments performed on university scale 1 MA generators—the MAGPIE generator (1 MA, 240 ns) at Imperial College London [I. H. Mitchell et al., Rev. Sci Instrum.67, 1533 (1996)] and the Nevada Terawatt Facility’s Zebra generator (1 MA, 100 ns) at the University of Nevada, Reno [B. Bauer et al., in Dense Z-Pinches, edited by N. Pereira, J. Davis, and P. Pulsifer (AIP, New York, 1997), Vol. 409, p. 153]. This paper will discuss the implosion dynamics of conical wire arrays. Data indicate that mass ablation from the wires in this complex system can be reproduced with a rocket model with fixed ablation velocity. Modulations in the ablated plasma are present, the wavelength of which is invariant to a threefold variation in magnetic field strength. The axial variation in the array leads to a zippered precursor column formation. An initial implosion of a magnetic bubble near the cathode is followed by the implosion zippering upwards. Spectroscopic data demonstrating a variation of plasma parameters (e.g., electron temperature) along the Z-pinch axis is discussed, and experimental data are compared to magnetohydrodynamic simulations.

1.
M. E.
Cuneo
,
R. A.
Vesey
,
G. R.
Bennett
,
D. B.
Sinars
,
W. A.
Stygar
,
E. M.
Waisman
,
J. L.
Porter
,
P. K.
Rambo
,
I. C.
Smith
,
S. V.
Lebedev
,
J. P.
Chittenden
,
D. E.
Bliss
,
T. J.
Nash
,
G. A.
Chandler
,
B. B.
Afeyan
,
E. P.
Yu
,
R. B.
Campbell
,
R. G.
Adams
,
D. L.
Hanson
,
T. A.
Mehlhorn
, and
M. K.
Matzen
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
48
,
1
(
2006
).
2.
S. V.
Lebedev
,
F. N.
Beg
,
S. N.
Bland
,
J. P.
Chittenden
,
A. E.
Dangor
,
M. G.
Haines
,
K. H.
Kwek
,
S. A.
Pikuz
, and
T. A.
Shelkovenko
,
Phys. Plasmas
8
,
3734
(
2001
).
3.
D. D.
Ryutov
,
M. S.
Derzon
, and
M. K.
Matzen
,
Rev. Mod. Phys.
72
,
167
(
2000
).
4.
J. P.
Chittenden
,
S. V.
Lebedev
,
C. A.
Jennings
,
S. N.
Bland
, and
A.
Ciardi
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
46
,
B457
(
2004
).
5.
M. G.
Haines
,
P. D.
LePell
,
C. A.
Coverdale
,
B.
Jones
,
C.
Deeney
, and
J. P.
Apruzese
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
075003
(
2006
).
6.
L. I.
Rudakov
,
A. L.
Velikovich
,
J.
Davis
,
J. W.
Thornhill
,
J. L.
Giuliani
, and
C.
Deeney
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
3326
(
2000
).
7.
D. J.
Ampleford
,
S. V.
Lebedev
,
J. P.
Chittenden
,
S. N.
Bland
,
S. C.
Bott
,
G. N.
Hall
,
J. B. A.
Palmer
,
J.
Rapley
,
V. J.
Kantsyrev
,
A. S.
Safronova
,
V. V.
Ivanov
,
D. A.
Fedin
,
P. J.
Laca
,
V. I.
Sotnikov
,
F.
Yilmaz
,
N.
Ouart
,
V.
Nalajala
,
I.
Shrestha
,
S.
Pokala
,
B.
Jones
,
C.
Deeney
,
C. A.
Coverdale
, and
P. D.
LePell
,
Astrophys. J.
564
,
113
(
2002
).
8.
S. V.
Lebedev
,
D. J.
Ampleford
,
S. N.
Bland
,
S. C.
Bott
,
J. P.
Chittenden
,
J.
Goyer
,
C.
Jennings
,
M. G.
Haines
,
J. B. A.
Palmer
,
S. A.
Pikuz
,
T. A.
Shelkovenko
, and
T.
Christoudias
,
Dense Z-Pinches: 6th International Conference on Dense Z-Pinches
, edited by
J.
Chittenden
(
AIP
,
New York
,
2006
), Vol.
808
, pp.
33
36
.
9.
S. V.
Lebedev
,
J. P.
Chittenden
,
F. N.
Beg
,
S. N.
Bland
,
A.
Ciardi
,
D.
Ampleford
,
S.
Hughes
,
M. G.
Haines
,
A.
Frank
,
E. G.
Blackman
, and
T.
Gardiner
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
47
,
A91
(
2005
).
10.
S. V.
Lebedev
,
A.
Ciardi
,
D. J.
Ampleford
,
S. N.
Bland
,
S. C.
Bott
,
J. P.
Chittenden
,
G. N.
Hall
,
J.
Rapley
,
C. A.
Jennings
,
A.
Frank
,
E. G.
Blackman
, and
T.
Lery
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
361
,
97
(
2005
).
11.
S. N.
Bland
,
S. V.
Lebedev
,
J. P.
Chittenden
,
D. J.
Ampleford
, and
G.
Tang
,
Phys. Plasmas
11
,
4911
(
2004
).
12.
V. L.
Kantsyrev
,
A. S.
Safronova
,
D. A.
Fedin
,
V. V.
Ivanov
,
A. A.
Esaulov
,
V.
Nalajala
,
I.
Shrestha
,
S.
Pokala
,
K.
Williamson
,
N. D.
Ouart
,
M. F.
Yilmaz
,
P.
Laca
,
T. E.
Cowan
,
L. I.
Rudakov
,
B.
Jones
,
C. A.
Coverdale
,
C.
Deeney
,
P. D.
LePell
,
A. L.
Velikovich
, and
A. S.
Chuvatin
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
34
,
194
(
2006
).
13.
V. L.
Kantsyrev
,
L. I.
Rudakov
,
A. S.
Safronova
,
D. A.
Fedin
,
V. V.
Ivanov
,
A. L.
Velikovich
,
A. A.
Esaulov
,
A. S.
Chuvatin
,
K.
Williamson
,
N. D.
Ouart
,
V.
Nalajala
,
G.
Osborne
,
I.
Schrestha
,
M. F.
Yilmaz
,
S.
Pokala
,
P.
Laca
, and
T. E.
Cowan
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
34
,
2295
(
2006
).
14.
S. V.
Lebedev
,
D. J.
Ampleford
,
S. N.
Bland
,
S. C.
Bott
, and
G. N.
Hall
, in
Dense Z-Pinches: 6th International Conference on Dense Z-Pinches
, edited by
J.
Chittenden
(
AIP
,
New York
,
2006
), Vol.
808
, pp.
69
72
.
15.
A.
Ciardi
,
S. V.
Lebedev
,
J. P.
Chittenden
, and
S. N.
Bland
,
Laser Part. Beams
20
,
255
(
2002
).
16.
S. V.
Lebedev
,
D.
Ampleford
,
A.
Ciardi
,
S. N.
Bland
,
J. P.
Chittenden
,
M. G.
Haines
,
A.
Frank
,
E. G.
Blackman
, and
A.
Cunningham
,
Astrophys. J.
616
,
988
(
2004
).
17.
D. J.
Ampleford
,
S. V.
Lebedev
,
A.
Ciardi
,
S. N.
Bland
,
S. C.
Bott
,
J. P.
Chittenden
,
G.
Hall
,
C. A.
Jennings
,
J.
Armitage
,
G.
Blyth
,
S.
Christie
, and
L.
Rutland
,
Astrophys. Space Sci.
298
,
241
(
2005
).
18.
D. J.
Ampleford
, “
Experimental study of plasma jets produced by conical wire array Z-pinches
,” Ph.D. thesis, Imperial College London (
2005
).
19.
D. J.
Ampleford
,
A.
Ciardi
,
S. V.
Lebedev
,
S. N.
Bland
,
S. C.
Bott
,
J. P.
Chittenden
,
G. N.
Hall
,
A.
Frank
, and
E.
Blackman
,
Astrophys. Space Sci.
307
,
29
(
2007
).
20.
D. J.
Ampleford
,
S. V.
Lebedev
,
A.
Ciardi
,
S. N.
Bland
,
S. C.
Bott
,
G. N.
Hall
,
N.
Naz
,
C. A.
Jennings
,
M.
Sherlock
,
J. P.
Chittenden
,
A.
Frank
, and
E.
Blackman
,
Astrophys. Space Sci.
307
,
51
(
2007
).
21.
J.
Canto
,
G.
Tenorio-Tagle
, and
M.
Rozyczka
,
Ann. N.Y. Acad. Sci.
192
,
287
(
1988
).
22.
C.
Stallings
,
K.
Childers
,
I.
Roth
, and
R.
Schneider
,
Appl. Phys. Lett.
35
,
524
(
1979
).
23.
M. E.
Cuneo
,
D. B.
Sinars
,
E. M.
Waisman
 et al.,
Phys. Plasmas
13
,
056318
(
2006
).
24.
B.
Jones
,
C.
Deeney
,
J. L.
McKenney
,
C. J.
Garasi
,
T. A.
Mehlhorn
,
A. C.
Robinson
,
S. E.
Wunsch
,
S. N.
Bland
,
S. V.
Lebedev
,
J. P.
Chittenden
,
S. C.
Bott
,
D. J.
Ampleford
,
J. B.
Palmer
,
J.
Rapley
,
G. N.
Hall
, and
B. V.
Oliver
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
225001
(
2005
).
25.
B.
Jones
,
C. J.
Garasi
,
D. J.
Ampleford
,
C.
Deeney
,
T. A.
Mehlhorn
,
S. N.
Bland
,
S. V.
Lebedev
,
J. P.
Chittenden
,
S. C.
Bott
,
J. B. A.
Palmer
,
G. N.
Hall
, and
J.
Rapley
,
Phys. Plasmas
13
,
6313
(
2006
).
26.
J. P.
Chittenden
,
M.
Dunne
,
M.
Zepf
,
S. V.
Lebedev
,
A.
Ciardi
, and
S. N.
Bland
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
235001
(
2002
).
27.
I. H.
Mitchell
,
J. M.
Bayley
,
J. P.
Chittenden
,
J. F.
Worley
,
A. E.
Dangor
,
M. G.
Haines
, and
P.
Choi
,
Rev. Sci. Instrum.
67
,
1533
(
1996
).
28.
B. S.
Bauer
,
V. L.
Kantsyrev
,
F.
Winterberg
,
A. S.
Shlyaptseva
,
R. C.
Mancini
,
H.
Li
, and
A.
Oxner
, in
Dense Z-Pinches: 4th International Conference on Dense Z-Pinches
, edited by
N. R.
Pereira
,
J.
Davis
, and
P.
Pulsifer
(
AIP
,
New York
,
1997
), Vol.
409
, pp.
153
156
.
29.
R. B.
Spielman
,
Rev. Sci. Instrum.
66
,
867
(
1995
).
30.
G. A.
Chandler
,
C.
Deeney
,
M.
Cuneo
,
D. L.
Fehl
,
J. S.
McGurn
,
R. B.
Spielman
,
J. A.
Torres
,
J. L.
McKenney
,
J.
Mills
, and
K. W.
Struve
,
Rev. Sci. Instrum.
70
,
561
(
1999
).
31.
T.
Nash
,
M.
Derzon
,
R.
Leeper
,
D.
Jobe
,
M.
Hurst
, and
J.
Seamen
,
Rev. Sci. Instrum.
70
,
302
(
1999
).
32.
D. B.
Sinars
,
M. E.
Cuneo
,
E. P.
Yu
,
S. V.
Lebedev
,
K. R.
Cochrane
,
B.
Jones
,
J. J.
MacFarlane
,
T. A.
Mehlhorn
,
J. L.
Porter
, and
D. F.
Wenger
,
Phys. Plasmas
13
,
042704
(
2006
).
33.
S. V.
Lebedev
,
F. N.
Beg
,
S. N.
Bland
,
J. P.
Chittenden
,
A. E.
Dangor
,
M. G.
Haines
,
S. A.
Pikuz
, and
T. A.
Shelkovenko
,
Laser Part. Beams
19
,
355
(
2001
).
34.
S. V.
Lebedev
,
F. N.
Beg
,
S. N.
Bland
,
J. P.
Chittenden
,
A. E.
Dangor
,
M. G.
Haines
,
S. A.
Pikuz
, and
T. A.
Shelkovenko
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
98
(
2000
).
35.
C. J.
Garasi
,
D. E.
Bliss
,
T. A.
Mehlhorn
,
B. V.
Oliver
,
A. C.
Robinson
, and
G. S.
Sarkisov
,
Phys. Plasmas
11
,
2729
(
2004
).
36.
M.
Tatarakis
,
R.
Aliaga-Rossel
,
A. E.
Dangor
, and
M. G.
Haines
,
Phys. Plasmas
5
,
682
(
1998
).
37.
M.
Sherlock
,
J. P.
Chittenden
,
S. V.
Lebedev
, and
M. G.
Haines
,
Phys. Plasmas
11
,
1609
(
2004
).
38.
S. C.
Bott
,
S. V.
Lebedev
,
D. J.
Ampleford
,
S. N.
Bland
,
J. P.
Chittenden
,
A.
Ciardi
,
M. G.
Haines
,
C.
Jennings
,
M.
Sherlock
,
G.
Hall
,
J.
Rapley
,
F. N.
Beg
, and
J.
Palmer
,
Phys. Rev. E
74
,
046403
(
2006
).
39.
S. C.
Bott
,
S. V.
Lebedev
,
S. N.
Bland
,
J. P.
Chittenden
,
G. N.
Hall
,
F. A.
Suzuki Vidal, M. A.
,
J. B. A.
Palmer
,
D. J.
Ampleford
, and
C. A.
Jennings
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
35
,
165
(
2007
).
40.
G. S.
Sarkisov
,
S. E.
Rosenthal
,
K. W.
Struve
,
V. V.
Ivanov
,
T. E.
Cowan
,
A.
Astanovitskiy
, and
A.
Haboub
,
Phys. Plasmas
14
,
052704
(
2007
).
41.
S. N.
Bland
,
S. V.
Lebedev
,
J. P.
Chittenden
,
G. N.
Hall
,
F.
Suzuki-Vidal
,
D. J.
Ampleford
,
S. C.
Bott
,
J. B. A.
Palmer
,
S. A.
Pikuz
, and
T. A.
Shelkovenko
,
Phys. Plasmas
14
,
056315
(
2007
).
42.
A.
Ciardi
,
S. V.
Lebedev
,
A.
Frank
,
E. G.
Blackman
,
J. P.
Chittenden
,
C. J.
Jennings
,
D. J.
Ampleford
,
S. N.
Bland
,
S. C.
Bott
,
J.
Rapley
,
G. N.
Hall
,
F. A.
Suzuki-Vidal
,
A.
Marocchino
,
T.
Lery
, and
C.
Stehle
,
Phys. Plasmas
14
,
056501
(
2007
).
43.
S. V.
Lebedev
,
Bull. Am. Phys. Soc.
43
,
203
(
1998
).
44.
S. N.
Bland
,
S. V.
Lebedev
,
J. P.
Chittenden
 et al., Phys. Plasmas (to be published).
45.
S. V.
Lebedev
,
D. J.
Ampleford
,
S. N.
Bland
,
S. C.
Bott
,
J. P.
Chittenden
,
C.
Jennings
,
M. G.
Haines
,
J. B. A.
Palmer
, and
J.
Rapley
,
Nucl. Fusion
44
,
215
(
2004
).
46.
J. P.
Apruzese
,
P. E.
Pulsifer
,
J.
Davis
,
R. W.
Clark
,
K. G.
Whitney
,
J. W.
Thornhill
,
T. W. L.
Sanford
,
G. A.
Chandler
,
C.
Deeney
,
D. L.
Fehl
,
T. J.
Nash
,
R. B.
Spielman
,
W. A.
Stygar
,
K. W.
Struve
,
R. C.
Mock
,
T. L.
Gilliland
,
D. O.
Jobe
,
J. S.
McGurn
,
J. F.
Seamen
,
J. A.
Torres
, and
M.
Vargas
,
Phys. Plasmas
5
,
4476
(
1998
).
47.
J. P.
Apruzese
,
K. G.
Whitney
,
J.
Davis
, and
P. C.
Kepple
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf.
57
,
41
(
1997
).
48.
A.
Safronova
,
V.
Kantsyrev
,
A.
Esaulov
,
D.
Fedin
,
N.
Ouart
,
F.
Yilmaz
,
G.
Osborne
,
V.
Nalajala
,
S.
Pokala
,
I.
Shrestha
,
A.
Astanovitsky
,
S.
Batic
,
B
LeGalloudec
,
T.
Cowan
,
B.
Jones
,
C.
Coverdale
,
C.
Deeney
,
P. D.
LePell
, and
J.
Gradel
,
Dense Z-Pinches: 6th International Conference on Dense Z-Pinches
, edited by
J.
Chittenden
(
AIP
,
New York
,
2006
), Vol.
808
, pp.
149
152
.
49.
A. S.
Safronova
,
V. L.
Kantsyrev
,
F.
Yilmaz
,
G.
Osborne
,
N.
Ouart
,
K.
Williamson
,
I.
Shrestha
,
V.
Shlyaptseva
,
S.
Batie
,
B.
LeGalloudec
,
A.
Astanovitsky
,
V.
Nalajala
, and
W.
McDaniel
,
High energy density physics
3
,
237
(
2007
).
50.
M. F.
Gu
, in
Atomic Processes in Plasmas: 14th APS Topical Conference on Atomic Processes in Plasmas
, edited by
J. S.
Cohen
,
S.
Mazevet
, and
D. P.
Kilcrease
(
AIP
,
New York
,
2004
), Vol.
730
, pp.
127
136
.
51.
J. J.
MacFarlane
,
I. E.
Golovkin
,
P.
Wang
,
P. R.
Woodruff
, and
N. A.
Pereyra
,
High energy density physics
3
,
181
(
2007
).
52.
V. V.
Ivanov
,
V. L.
Kantsyrev
,
V. I.
Sotnikov
,
D. A.
Fedin
,
A. L.
Astanovitskiy
,
B.
Le Galloudec
,
V.
Nalajala
,
I.
Shrestha
,
T. E.
Cowan
,
B.
Jones
,
C. A.
Coverdale
,
C.
Deeney
, and
P. D.
LePell
,
Phys. Plasmas
13
,
012704
(
2006
).
You do not currently have access to this content.