Мы видели, что разделение зарядов при желобковой неустойчивости происходит из-за дрейфовых движений в плоскости, перпендикулярной магнитному полю. Однако разделение зарядов может произойти и при движении ионов относительно электронов вдоль магнитных силовых линий. Это в свою очередь приведет к появлению электрического поля, а затем и дрейфа частиц поперек магнитного поля. Теоретическое исследование такого явления для сла- боионизованной плазмы впервые проведено в работах [179, 180]. Результаты исследования хорошо согласуются с ранее наблюденной неустойчивостью плазмы положительного столба {181, 182]. Механизм неустойчивости можно понять, рассмотрев винтовые возмущения плотности вдоль магнитных силовых линий [183] (рис. 8.7). Предположим, что столб плазмы с градиентом плотности dN/dr<0 помещен в однородное магнитное поле, направленное вдоль оси z. В начальном состоянии плазма электрически нейтральна. Возникающие возмущения плотности характеризуются тем, что амплитуды смещения ионов и электронов одинаковы. В следующее мгновение электроны и ионы начинают двигаться вдоль магнитного поля с разными скоростями, так как имеется электрическое поле E0z. Это немедленно приводит к разделению зарядов. Таким образом, смещение «электронного винта» в положительном на- 280 правлении оси z эквивалентно вращению электронного винта в положительном направлении относительно ионного винта. Это приводит к возникновению возмущенного электрического поля #ф и дрейфа ?ф ХВ/В2 в радиальном направлении наружу, если винт имел указанное направление. Таким образом, электрический дрейф приводит в движению всю массу плазмы, кото- Рис. 8.7. Неустойчивость при левовинтовом возмущении, т, е. при т9 =1. Возмущение плотности ионов имеет вид винта (оплошные линии); соответствующее распределение электронов показано пунктиром. Области пересечения заштрихованы и соответствуют положению винтов относительно оси г. Благодаря движению электронов и ионов вдоль магнитных силовых линий со скоростями vez и viz соответственно пространственный заряд образуется в области, где распределения электронов и ионов не перекрываются [184]. рая вращается с нарастающим эксцентриситетом относительно оси. При этом возмущение плотности нарастает, и плазма будет уходить из ловушки по радиусу. Только что описанный механизм имеет много общего с желобковой неустойчивостью (см. § 2). Единственное отличие состоит в том, что разделение зарядов происходит из-за продольного, а не поперечного движения. Такие же явления могут иметь место и в полностью ионизованной плазме. Разделение зарядов происходит из-за перемещения поверхности постоянной плотности 281 [слагаемое t^-V п в уравнении E.62)]. Однако этот эффект не единственный, так как существуют еще эффекты сжатия в продольном направлении, которые влияют на скорость изменения ионной и электронной плотностей [последнее слагаемое выражения E.62)]. При наличии возмущенного продольного электрического поля Ez в отсутствие кулоновских столкновений электроны и ионы будут ускоряться по-разному, двигаясь вдоль магнитных силовых линий. При этом пространственное разделение зарядов сильно меняется из-за эффектов продольного сжатия, поэтому этот случай уже не так прост, как изображенный на рис. 8.7. Следует также отметить, что учет даже небольшого электрического поля, направленного вдоль магнитных силовых линий, сильно усложняет задачу. Поэтому необходимо тщательно исследовать все сделанные приближения. Подробное обсуждение таких проблем для полностью ионизованной плазмы конечной проводимости здесь не рассматривается.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «ВИНТОВЫЕ ВОЗМУЩЕНИЯ» з дисципліни «Динаміка заряджених частинок»
