Если плазменный поток без магнитного поля встречает на своем пути магнитное поле, то могут быть два варианта процесса. Либо поток тормозится полем, образуя слой почти неподвижной плазмы, либо поток продавливает поле и продолжает движение, постепенно диф- фузируя в окружающее поле. Во втором варианте картина существенно зависит от наличия или отсутствия автополяризации. В первом варианте давление налетающей плазмы уравновешивается магнитным давлением пМг&+ре = Ц. C.8.9) Если свободный пробег частиц достаточно большой, то, по расчётам, переходный слой плазма-поле оказывается порядка электронного ларморовского радиуса, рас- считанного по энергии налетающих ионов (обычно kTe <C Mv^/2). В переходном слое возникает электрическое поле, и ионы тормозятся в пределах этого слоя. Теория и эксперимент (как в лаборатории, так и в космосе при изучении границы магнито- сферы) показывают, что этот переходный слой неустойчив и быстро размывается до толщины порядка ? ~ л/PiPe > гДе Р — ларморовский радиус. Наличие неустойчивости переходного слоя наиболее ярко проявилось в экспери- ментах К. Б. Карташёва и В. И. Пистуновича в виде всплесков СВЧ и рентгеновского излучения при налетании плазменного сгустка на магнитное поле, причём энергия рентгеновских квантов соответствует энергии электронов, равной энергии налетаю- щих ионов [103]. Эксперименты показывают, что во многих случаях плазменный поток проникает в плазму при отсутствии автополяризации и при Это связано с тем, что, при контакте квазиплоского фронта плазмы с полем, на фронте образуется заостренные выступы, которые и проникают в поле (В.Ф. Деми- чев, В.М. Струнников [104]). А это резко ускоряет проникновение магнитного поля в плазму, рис. 3.8.3. Процессы входа плазмы в магнитное поле подробно изучались для плотной столк- новительной плазмы при малых магнитных числах Рейнольдса, в связи с проблемой МГД-генераторов и МГД-расходомеров [78,79]. Рассмотрим простейший пример. Пусть в плоском канале (х, у) постоянного сечения магнитное поле, ориентированное в основном вдоль оси z, нарастает от нуля до некоторого постоянного значения Hq, и затем спадает до нуля, и в этот канал с постоянной скоростью vq входит поток плазмы. Тогда, как показывают теория и эксперимент, на входе и выходе из магнитного поля возникают токовые вихри, замыкающиеся вне магнитного поля (рис. 3.8.4). Очевидно, что, как на входе, благодаря вихрям, так и на выходе, проис- ходит торможение потока. Ток в вихре и размеры вихря определяются проводимостью среды и параметром Холла. Если проводить расчёт с учётом эффекта Холла, то даже в двумерном случае (х, у) решить электродинамическую задачу в сколько- нибудь обозримых выражениях удаётся в предположении, что магнитное поле имеет "ступенчатый" характер (Н = 0 при х<О,х>ЬиН = Но = const при L > х > 0). Тогда при а —> оо джоулевы потери, отнесенные к 1 см длины вдоль оси z, равны 196 Гл. 3. Двухжидкостные гидродинамические модели плазмы 5.4 мкс 8,1 мкс 10,8 мкс Рис. 3.8.3. Вход плазменной струи в поперечное магнитное поле конечной величине, не зависящей от проводимости плазмы [79]: Обращает на себя внимание, что Q ~ h2, а не h. Щх) 4 f C.8.10) Рис. З.8.4. Зависимость напряжённости магнитного поля в каналах от продольной координаты х (а); токовые вихри в плотном плазменном потоке при входе и выходе из магнитного барьера (б) Тот факт, что потери Qoo не равны нулю, свидетельствуют о неизбежности диссипативных процессов при входе плазмы в магнитное поле, а пропорциональность Qoo квадрату ширины пластины h2, а не первой степени, говорит об отмеченной выше невозможности построить одномерную модель входа плазмы в магнитном поле.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Вход плазменного потока в магнитное поле» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
