Cтраница 4
Действительно, высшие моды с т 1, как правило, прижимаются к внешней границе, и область их локализации мала по сравнению с размером плазмы. Поэтому в системах с резко неоднородным вращением следует ожидать подавления по крайней мере высших мод желобковой неустойчивости. Что касается мод с т - 1, то возможность их стабилизации требует более детального изучения. [46]
В осесимметричном пробкотроне плазма, как правило, подвержена желобковой неустойчивости, приводящей к просачиванию плазмы поперек магн. Неустойчивость возникает потому, что в таком пробкотроне модуль магн. Для стабилизации желобковой неустойчивости применяются неосесимметричные магн. [47]
В этом смысле желобковую неустойчивость можно назвать гидродинамической - как и в гидродинамике, здесь достаточны представления о сплошной текучей среде. Но наряду с этим в плазме могут развиваться более тонкие кинетические неустойчивости, чувствительные к деталям функции распределения частиц по скоростям. После того как желобковая неустойчивость была подавлена, именно кинетические неустойчивости и выдвинулись на первый план. [48]
Есть и другое предложение - заменить адиабатическую ловушку в известном смысле противоположной системой - ловушкой с встречными полями. Оно подобно магнитному полю четырехполюсника ( квадруполя), вследствие чего ловушку с встречными полями называют иногда квадру-польной. Здесь магнитное поле везде вогнуто, так что желобковой неустойчивости быть не должно. Зато эта ловушка имеет три дырки: две на полюсах и одну кольцевую - вдоль экватора. Предлагается выстреливать в ловушку сгусток плазмы с большой упорядоченной скоростью. После того как энергия упорядоченного движения перейдет в тепловую и плазма в ловушке расширится, скорости частиц станут недостаточными для быстрого вытекания через дырки. [49]
Несмотря на крайнюю простоту физического механизма желобковой неустойчивости и весьма убедительное ее теоретическое обоснование, экспериментально обнаружить и исследовать ее довольно долго не удавалось. Поскольку в особенности устойчивой казалась плазма с горячими электронами, высказывались даже мнения, что вывод о желобковой неустойчивости по каким-то неведомым причинам к плазме с горячими электронами неприменим. [50]
В других окружал горячую плазму оболочкой из холодной плазмы, создавая ее дополнительным кольцевым ионизатором, или добавлял к горячей плазме холодную. Опыты показали, что холодная плазма является мощным стабилизирующим фактором. Желобковая неустойчивость стабилизируется очень легко уже при плотности холодной плазмы, равной десятым долям процента плотности горячей. Конусная устойчивость стабилизируется труднее. В простом продольном поле необходима плотность холодной плазмы, близкая к плотности горячей. В поле, нарастающем к периферии, достаточна меньшая плотность, причем необходимая концентрация зависит от формы поля. Легче всего конусная неустойчивость стабилизируется в так называемом антипробкотроне, где оказывается достаточной плотность холодной плазмы в 3 - 4 раза меньше горячей. Стабилизированная плазма живет в ловушке десятки и даже сотни миллисекунд. При уменьшении плотности холодного компонента горячая плазма теряет устойчивость и быстро ( за долю миллисекунды) вытекает из ловушки вдоль магнитных силовых линий независимо от формы поля. Интересно, что холодная плазма, используемая для стабилизации горячей и имеющая в опытах Симонова, как правило, большую наружную поверхность, чем горячая, либо устойчива, либо неустойчива, в зависимости от того, нарастает к периферии или убывает поле ловушки. [51]
Все зависит от того, на каком этапе находится решение проблемы. Но вот какой-то вопрос, например то же самое подавление желобковой неустойчивости, требует опытной проверки. Мне, разумеется, приходится считаться с реальными возможностями эксперимента. И часто модели оказываются очень далеки от того, что происходит в действительности-приходится продолжать поиски объяснения экспериментальных фактов. [52]
Желобковые колебания играют важную роль в динамике высокотемпературной - термоядерной плазмы, которая обычно удерживается с помощью магнитного поля. Во многих системах, предназначенных для изучения термоядерного синтеза, плазма имеет вид шнура, вытянутого вдоль силовых линий магнитного поля. Желобковые колебания плазменного шнура неустойчивы, если напряженность магнитного поля уменьшается с удалением от центра шнура. Неустойчивость желобковых колебаний ( желобковая неустойчивость) приводит к быстрому развалу плазмы. Для борьбы с ней приходится существенно усложнять геометрию силовых линий магнитного поля. [53]
Согласно теории Кадомцева и Недо-спасова [34] и Ленерта. Хоха [35], аномальная диффузия связана с разделением ионной и электронной спиралей. Это приводит к возникновению азимутального электрического поля и радиального дрейфа ЕхВ, вызывающего массовый уход частиц. Экспериментальная сторона вопроса почти не имеет отношения к космической физике, но механизм неустойчивости, привлеченный для объяснения явлений, представляет большой интерес. Винтовая неустойчивость и связанная с ней желобковая неустойчивость [3, 36-38] являются примерами механизмов, посредством которых тонкая плазма может свободно уходить поперек магнитного поля, не вызывая его деформации. Подобные явления могут существенно влиять на поведение плазмы в космических магнитных полях. [54]
Наличие запертых частиц приводит к появлению возможности развития неустойчивости желобкового типа на захваченных частицах. В самом деле, запертые частицы, находящиеся в некоторой силовой трубке между магнитными пробками, совершенно изолированы от других областей в плазме, и, следовательно, они вполне аналогичны захваченным частицам в обычном пробкотроне. Так как они совершают, вообще говоря, неблагоприятный магнитный дрейф в убывающем к периферии магнитном поле, то, как и в обычной магнитной ловушке на малом возмущении желобкового типа, должно происходить такое разделение зарядов, при котором начальное возмущение нарастает. Все отличие от открытого пробкотрона состоит в том, что в тороидальной геометрии желобки захваченных частиц погружены в плазму пролетных частиц, которая благодаря своей большой продольной диэлектрической проницаемости е 1 8тгпе2 / ( Т м) 1 в значительной мере компенсирует заряды запертых частиц. Но так как е Ф оо, то полной компенсации не происходит, и, следовательно, в плазме должна развиваться сильно замедленная желобковая неустойчивость на запертых частицах. [55]
Для впрыскивания плазменных струй в магнитные ловушки сконструированы плазменные пушки, основанные на том же принципе. Здесь удобна коаксиальная конструкция, в которой каналом служит кольцевая щель между двумя параллельными цилиндрами. На рис. 11 доказана коаксиальная плазменная пушка. Она состоит из двух цилиндров с общей осью. Наложенное между цилиндрами радиальное электрическое поле вызывает в плазме радиальный ток, который, взаимодействуя со своим собственным магнитным полем, выталкивает плазму из пушки. Пушка впрыскивает плазму в ловушку со встречными полями, предложенную для борьбы с перестановочной или желобковой неустойчивостью, о чем речь будет ниже. [56]