Лабораторная плазма
Cтраница 4
 |
Невозмущенное положение. [46] |
В этой главе довольно детально исследуются некоторые виды колебаний, волн и неустойчивостей в плазме. Будут приведены необходимые для выполнения заданий теоретические сведения, например: амплитуды колебаний, необходимые для создания пересечений траекторий частиц, или ожидаемые максимальные значения электрического поля, достигаемые при развитии разных неустойчивостей. Целью приводимых ниже заданий по моделированию является изучение основных особенностей поведения лабораторной плазмы, начиная с холодной плазмы. [47]
Эта неоднородность приводит к появлению новых типов волн ( например, дрейфовых) и новых видов пеустойчи-востей, столь затрудняющих решение основной задачи физики плазмы - создание термоядерных установок. Космическая же плазма может считаться практически однородной: характерные масштабы изменения ее параметров на много порядков больше характерных размеров коллективных процессов. Поэтому теоретические модели однородной плазмы гораздо лучше соответствуют космической, нежели лабораторной плазме. [48]
Отметим, что в физике плазмы интенсивно исследуется вопрос о перестройке полей. Речь идет об изу-чении неустойчивостей плазмы, приводящих к измене - нию магнитного поля. Ниже будут рассмотрены только механизмы, перестраивающие поле типа динамо. Высокочастотные колебания могут присутствовать в плазме в виде простых волн, волновых пакетов и ансамбля волн - турбулентности. Эти явления широко распространены как в космической, так и в лабораторной плазме. Поэтому теория динамоперестройки магнитных полей, вызванной этими колебаниями, имеет широкую обласц. [49]
Описанные выше методы довольно грубы, и их можно модифицировать. После использования случайных R следует скорректировать низшие моменты распределения. Можно пойти дальше [ Gitomer, 1971 ] и, используя средние по нескольким ячейкам, контролировать второй момент. Однако, даже если использованы эти и другие модификации, уровень шумов при моделировании ( E / mnvf lNc Nj)) 1, что обычно намного больше, чем в лабораторной плазме, так как ( Nc ND) simui NDlab, где Nc - число частиц в ячейке. Если исследуются слабые эффекты, в частности линейное начало неустойчивостей, необходимо использовать другие методы. Одним из них является описываемый ниже спокойный старт. [50]
В изложенных методах моделирования мы, во-первых, редко сохраняем рассмотрение взаимодействия вплоть до исчезающе малых расстояний между зарядами. Дело в том, что в 3D и 2Z) 1 случаях столкновительные параметры всегда довольно велики даже для ND & Q. Более того, в одномерном случае столкновения имеют иную природу, хотя в ID модели выполнение условия ND rikD не представляет труда. Так, если для упрощения вычисления полей мы используем пространственную сетку, то поля и силы при длинах, меньших чем ячейка сетки, становятся ненаблюдаемыми и их можно рассматривать как полностью сглаженные. Во-вторых, можно сознательно изменить описание процессов для того, чтобы достичь выполнения условия КЕ РЕ, или v - 4ccop, или обоих условий сразу. Например, при рассмотрении лабораторной плазмы частицы обычно считают точечными, взаимодействующими между собой с силами, изменяющимися с расстоянием пропорционально 1 / г2, 1 / г1 или 1 / г в случаях 3D, 2Dvi D. Возникающие при этом кулоновские сингулярности в случаях 3D и 2D ( их нет в одномерном случае) можно устранить использованием частиц конечных размеров - понятие, используемое задолго до моделирования плазмы; например в работе [ A. A. Vlasov, 1950 ], автор которой назвал свои частицы облаками, как это сделано и в этой книге. Ниже приведены следствия введенных выше предложений. [51]
В данном обзоре мы уделяем основное внимание более грубым моделям кинетики плазмы. Целью получения таких моделей для задач РГД и НРГД является разработка универсальных моделей возможно большей общности и полноты, экономных в реализации и обладающих приемлемой точностью расчета кинетических и динамических свойств плазмы с учетом влияния на них процессов переноса энергии излучением. Такие модели удобны для проведения in-line расчетов задач РГД и НРГД. Задача детального описания спектра излучения плазмы не ставится, а ставится более ограниченная задача описания спектра излучения в крупнозернистом приближении. Такой подход, насколько нам известно, реализован в известном численном коде LASNEX ( Lokke, Grasberger, 1977; More, 1981; More, Zimmerman, 1983), предназначенном для решения широкого круга задач, возникающих в проблеме ЛТС. Необходимость создания подобных моделей диктуется тем фактом, что в практических задачах расчета характеристик лабораторной плазмы в процессе эволюции сложных систем состояние вещества и излучения в среде изменяется от равновесного до сильно неравновесного. При этом параметры плазмы таковы, что требуется разработка моделей, учитывающих сильную неидеальность плазмы в экстремальных условиях. [52]
В каждой из тринадцати глав монографии рассмотрен тот или иной аспект проблемы магнитного пересоединения, четко обозначенный как в названии, так и в краткой аннотации к главе. В первых трех главах излагаются основные идеи и представления о динамике плазмы в магнитных полях, о движении магнитных силовых линий в условиях вмороженности, о формировании токовых слоев в различных магнитных конфигурациях, об аннигиляции магнитного поля вследствие конкуренции процессов диффузии и конвекции. В последующих двух главах подробно обсуждаются теории стационарного магнитного пересоединения, начиная с широко известных работ Свита-Паркера и Петчека, а также развитие этих идей на современном уровне. Главы 6 - 7 посвящены нестационарным теориям пересоединения, включая классическую теорию тиринг-моды Фюрта, Киллена и Розенблюта, магнитный коллапс Х - типа, впервые предложенный Данжи и детально рассмотренный Имшенником и Сыроватским на основе автомодельных решений уравнений магнитной гидродинамики, и, наконец, зависящие от времени течения типа течения Петчека. Наибольшая по объему гл. В главах 9 - 12 обсуждаются приложения основных идей и теорий, изложенных в предыдущих главах, к конкретным физическим объектам, а именно к процессам в лабораторной плазме, к магнитосферным явлениям, к физике Солнца, звезд и аккреционных дисков. [53]
Вводная глава посвящена истории возникновения проблемы и содержит основные положения и уравнения, а в гл. Глава 3 описывает в одномерном приближении разрушение такого слоя под действием магнитной диффузии или, иными словами, диффузию магнитных полей за счет так называемой магнитной аннигиляции. Свита, Паркера и Петчека. Главы 6 и 7 посвящены исследованию нестационарных аспектов пересоединения, в том числе резистивных неустойчивостей, как, например, тиринг-мода, коллапс Х - точки и нестационарное быстрое пересоединение. В общих чертах описаны различные аспекты сравнительно новой проблемы трехмерного пересоединения ( гл. В четырех главах ( 9 - 12) описаны некоторые конкретные проявления пересоединения в лабораторной плазме, на Солнце, в магнитосфере и в астрофизических объектах. [54]
Страницы: 1 2 3 4