Реферати статті публікації

Пошук по сайту

Головна » Реферати та статті » Фізика » Введення в плазмодінаміку

"Перезамыкание" магнитных силовых линий в плазме. Тиринг-неустойчивость

Перестройка топологии магнитного поля в плазме может идти
только при нарушении вмороженности. Но для этого принципиально необходимо
участие омического сопротивления. А это означает, что если не разыграются мощные
колебательные процессы, приводящие к большим "аномальным" сопротивлениям
(см.ниже п. 9.3.4), и диссипация ограничивается лишь классическим сопротивлени-
ем, то область перезамыкания будет иметь размеры порядка обычного скин-слоя.
В разделе 1.1 рассматривались магнитные поля различной морфологии. Так,
в зависимости от того, сколько прямых проводников с током участвовало в создании
поля, получались разные сепаратрисы. Или, накладывая разные возмущения на
тороидальные поля, мы получали различные расщепленные магнитные поверхности.
Переход от одной структуры к другой при том или ином воздействии сопровожда-
ется, как теперь принято говорить, перезамыканием магнитных силовых линий [43].
Одним из самых простых и наглядных примеров перезамыкания такого рода является
8.2. Примеры специфических МГД возмущений плазменных систем
433
образование сепаратрисы в виде восьмерки при сближении двух прямых токов одного
направления. Это просто все происходит, если рассматриваются поля в вакууме. Со-
всем иначе процесс перезамыкания магнитных силовых линий происходит в случае,
когда поля находятся в хорошо проводящей плазме.
Теория перезамыканий даже в линейном МГД приближении громоздка, поскольку
этот процесс протекает в системах с большими градиентами и "малым коэффици-
ентом при старшей производной", пропорциональном малому сопротивлению плазмы.
Поэтому расчёты перезамыкания в реальных системах проводятся применительно
к конкретным случаям и преимущественно численно.
Простейшим примером системы, в которой может реализовываться перезамыка-
ние, является токовый или нейтральный слой плазмы, сжатой с двух сторон однород-
ными магнитными полями противоположного направления (см. п. 2.4.2 и рис. 8.2.5а).
© <НЭ ©
Рис. 8.2.5. Схема тиринг-неустойчивости: а — исходная конфигурация;
"нейтрального" слоя; Q — токи J
расщепление
Как отмечалось в п. 2.4.2, эта равновесная конфигурация описывается уравнением
Я2
р+ —- = Р = const.
О7Г
Особенностью токового слоя является его малая толщина и большая плотность
тока в окрестности плоскости х = 0, где Н = 0. В МГД-приближении идеаль-
но проводящая плазма устойчива. Однако, если учесть конечность проводимости,
а реально она всегда конечна, то при определенных условиях слой разбивается на
цепочку магнитных островов — токонесущих пинчей (рис. 8.2.56). Это и есть пример
специфической неустойчивости "тиринг-моды".
По-английски "tearing" — "разрыв". Линейная гидродинамическая теория тиринг-
моды начала разрабатываться в 1963 году М. Розенблютом с сотрудниками. Затем
эта работа была продолжена рядом исследователей, как в гидродинамике, так и в ки-
нетическом приближении.
Характерная структура формулы для инкремента развития неустойчивости имеет
вид
(ALJ
0~ 1;
1
КСА
4тгсг*
(8.2.16а)
(8.2.166)
Здесь к — волновое число вдоль токового слоя (ось у), а — проводимость, (AL) l =
1 дНУ о
= 7—- — характерная ширина т окового слоя. Времена tr и та называют дисси-
434 Гл. 8. Неустойчивости и самоорганизация плазмодинамических систем
пативным и альфвеновским. Величина а в разных условиях изменяется в пределах
1/2-3/5.
Возникшая система токовых пинчей-волокон обычно продолжает эволюциони-
ровать — начинается процесс слияния тонких волокон в более крупные, но далее
картина зависит от конкретных особенностей системы.
Первыми стали интересоваться магнитным перезамыканием в плазме астрофи-
зики (Паркер - 1957, 1963, Данжи - 1958, 1961, Свит - 1958, Петчек - 1964).
В нашей стране эти исследования были развиты СИ. Сыроватским [202]. В группе
А. Г. Франк в институте Общей Физики РАН [203] экспериментальные исследо-
вания магнитного перезамыкания применительно к задачам астрофизики начались
в конце 60-х годов. Несколько позднее проблема перезамыканий, преимущественно
в форме расщепления магнитных поверхностей, начала исследоваться на токамаках
СВ. Мирновым [174], который опирался на теоретические работы А. И. Морозова,
Л. С. Соловьева и И.М. Гельфанда о перезамыкании в вакууме (см. раздел 1.1).
В начале 2005 года на русском языке вышла монография Э. Приста и Т. Форб-
са "Магнитное пересоединение. Магнитогидродинамическая теория и приложения"
объёмом 592 страницы под редакцией В. Д. Кузнецова и А. Г. Франк. Естественно,
что при таком объёме книга широко охватывает проблему магнитного перезамыкания
[43].

Ви переглядаєте статтю (реферат): «"Перезамыкание" магнитных силовых линий в плазме. Тиринг-неустойчивость» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»