模拟的密度剖面突出了Z-pinch中的螺旋不稳定性增长; (中心)内爆过程中衬管中螺旋扰动的实验[顶部]和合成[底部] X射线透射X射线照片; (右)在停滞和峰值融合燃烧时的热等离子体的实验[左]和合成[右] x射线发射图像。
1945年意大利物理学家恩里科·费米(Enrico Fermi)首次提出利用磁场保温来保持等离子体足够热以实现热核聚变，几年后由俄罗斯物理学家安德烈·萨哈罗夫独立提出。称为磁惯变融合的方法使用围绕磁化等离子体的材料内爆来压缩它，从而产生超过引发熔合所需的2000万度的温度。但从历史上看，由于系统的不稳定性和热损失，该概念一直受到温度和停滞压力产生不足的困扰。
然而，最近，在桑迪亚国家实验室使用Z机器的研究人员已经证明对Z-pinch中的内爆有更好的控制和理解，Z-pinch是一种特殊类型的磁惯性装置，依赖于洛伦兹力将等离子体压缩成与熔合相关的密度。和温度。突破是通过无法预料和完全出乎意料的物理学实现的。
研究人员的融合方法依赖于激光预热固体圆柱形金属内衬中的燃料，两者都被100,000高斯的磁场预先磁化 - 这是一个至关重要的区别。施加2000万安培的力超过100纳秒导致衬里内爆，压缩等离子体并将温度升高到3000万度并且磁通量达到1亿高斯。当熔化产率足够大时，这样巨大的磁场能够将由聚变反应释放的热量和“自举”本身捕获到更高的温度，从而导致燃料点燃。
然而，根据现有理论，施加的磁场不应该显着影响通常切碎衬里的不稳定性的增长并且在内爆期间防止高水平的压缩。但是，虽然融合等离子体受到各种形式的不稳定性的影响，称为模式，但并非所有这些不稳定性都是有害的。由于螺旋模式的不可预测的增长，预磁化系统表现出前所未有的内爆稳定性，而不是通常对爆炸完整性最具破坏性的方位相关模式。主要的螺旋模式取代和生长比大多数Z形夹中发现的所谓“香肠”模式慢，允许等离子体被压缩到热核聚变产生温度3000万度和10亿倍大气压。然而，螺旋模式本身的起源仍然是一个谜。
该系统的先进模拟通过揭示螺旋不稳定性增长的起源解决了这一谜团，螺旋不稳定性增长使高温，磁场和等离子体压力受到这种高收敛内爆的影响。当研究人员将传输线中的等离子体和磁场的影响包括在内爆中时，研究人员实现了关键的新突破，将强电流脉冲传递到内爆区域。他们发现衬管外的等离子体参与上部混合振荡并轰击衬管，导致早期的衬里螺旋相关扰动超过其他扰动。新的扰动源也被发现是普遍存在的无处不在的“香肠”的起源
一旦他们将新物理学纳入建模，研究人员就可以从Z机器的磁化衬里惯性聚变实验中重现并解释二十几个可观测物。发现内爆有效地将衬里动能转换成聚变燃料的内能并确认系统表现如预期并且可以在未来设施上扩展到更高的产量。由于热核热点产生预期的停滞压力并且不受3D不稳定性的支配，现在认为它为在实验室中实现更高的热核聚变产率的有希望的途径提供了基础。