Тиринг-неустойчивость

Cтраница 1

Тиринг-неустойчивость часто возникает не только в нейтральных токовых слоях, но и в конфигурациях с широм магнитного поля, поскольку на процесс развития тиринг-моды не влияет добавление к конфигурации токового слоя компоненты магнитного поля, постоянной по величине и направленной перпендикулярно плоскости рис. 6.1. Более того, магнитное поле с широм обычно резистивно неустойчиво, и такая неустойчивость в общем случае приводит к появлению по всей структуре слоя множества тонких слоев. [1]

Для обычной медленной тиринг-неустойчивости ( § 6.2), когда применимо приближение постоянного пси, Резерфорд ( Rutherford, 1973) показал, что в нелинейном режиме происходит быстрое насыщение неустойчивости. Неустойчивое возмущение диффундирует из внешней области и порождает обширные магнитные острова с высокой инерцией, которая сильно уменьшает скорость и величину выделяющейся энергии. [2]

На практике тиринг-неустойчивость обычно поддерживает моды с самыми большими длинами волн, которые подходят для данной конфигурации, поскольку многие структуры меньше, чем характерные длины волн наиболее быстро растущих мод для бесконечной среды. Поэтому, если возникает внешнее возмущение или другие физические эффекты, благоприятные для развития мод с меньшими длинами волн, может развиваться профиль тока с пиками и, на самом деле, происходить слияние магнитных островов. Более того, Лонгскоуп и Штраусе ( Longscope and Strauss, 1993) привели интересный пример слияния с образованием токовых слоев в двумерной цепочке. [3]

Итак, тиринг-неустойчивость является наиболее естественной причиной разрушения токового слоя, причем существуют условия для взрывооб-разного протекания этого процесса на нелинейной стадии. [4]

Казалось бы, тиринг-неустойчивость настолько капризна, что ее развитие может быть легко остановлено другими эффектами ( такими, как присутствие потока плазмы, нормальной компоненты магнитного поля, анизотропии давления), а насыщение ее происходит на достаточно низком уровне. Тем не менее в больших токамаках она вызывает силы порядка тонн и, возможно, является причиной разрывов, вызванных силами в сотни тонн. Нелинейное развитие тиринг-неустойчивости может идти несколькими путями, которые зависят от величины магнитного числа Рейнольдса, длин волн, граничных условий и других физических механизмов, например, каких-либо деталей уравнения энергии. Полной теории нелинейного развития тиринга при больших числах Рейнольдса еще не существует. Конечно, необходимо сравнить столь разительно противоположные подходы в теории пересоединения, чтобы понять условия, которые приводят к различным формам нелинейного развития неустойчивости. [5]

Структура магнитного острова для двойной тиринг-неустойчивости. Показано влияние островов друг на друга ( Pritchett et al., 1980. [6]

Речестер и Стикс ( Rechester and Stix, 1976) исследовали тиринг-неустойчивость для случая, когда равновесное распределение магнитного поля ВОУ ( Х) таково, что две сингулярные поверхности близки друг к другу. Оказалось, что в этом случае линейная скорость роста неустойчивости сильно увеличивается. [7]

В частности, следует заметить, что во многих численных экспериментах по тиринг-неустойчивости первичное слияние островов даже не рассматривается, в противоположность большинству конфигураций магнитного поля в космической и астрофизической плазме. [8]

Вид радиального смещения. г ( У в цилиндрической геометрии для ( а обычной тиринг-неустойчивости, ( б тиринг-неустойчивости С 771 1 И ( в двойного тиринга ( Pritchett et al., 1980. [9]

Сакаи ( Sakai, 1983) предположил, что магнитозвуковые волны могут взаимодействовать с тиринг-неустойчивостью и даже служить триггером тиринг-моды, значительно увеличивая инкремент. [10]

В работе ( Hayashi, 1981) было проведено численное моделирование формирования двух магнитных островов с волновым числом 0 5 в направлении х для Ьи 103 за счет линейной тиринг-неустойчивости. Были наложены условия симметрии при ж О, у 0иж 4тг и фиксированные начальные условия при у 4тг с начальной зависимостью магнитного поля Вх Bothy. В нелинейном режиме не было обнаружено ни одного признака, указывающего на начало слияния островов, что вносит некоторое сомнение в существовании слияния при тиринг-неустойчивости. [11]

Нет никаких свидетельств в пользу образования ударных волн, возможно потому, что пересоединение слишком медленно и токовый слой слишком длинен или, возможно, из-за недостаточного разрешения сетки. Вторичная тиринг-неустойчивость наблюдалась, но вторичные острова всегда сносились вдоль слоя ( Forbes and Priest, 1982b), поскольку не было введено никаких условий симметрии верх-низ в токовом слое. [12]

Изображение закрученного поля, образующего магнитную сводчатую структуру. в таких структурах происходят двухленточные вспышки в Н. [13]

Спайсер [199, 200] и Колгейт [41] продвинулись еще дальше, предположив, что закрученные жгуты силовых линий подходящего размера и с достаточным полем могут сами вызывать вспышки. Спайсер утверждает, что резистивная тиринг-неустойчивость имеет вспышечный характер повсюду, где поле закручено достаточно сильно, поэтому поле быстро диссипирует во всем занятом им объеме. Эта идея связана с хорошо известным обстоятельством ( § 14.8): проекция магнитного поля Bfl) на плоскость, перпендикулярную Я. Поэтому, утверждает Спайсер, весь жгут по вержен резистивной тиринг-неустойчивости. В результате закрУ4 нал компонента поля диссипирует. Скорость диссипации М увеличиваться повышенным сопротивлением, связанным с пл ной турбулентностью, которая возбуждается сильно локали ными токами, текущими вдоль крупномасштабного закрУ4 поля. [14]

Учет сопротивления приводит к тому, что силовые линии поля больше не могут разрываться и пересоединяться в узких слоях вокруг резонансной поверхности. Инкремент получающихся неустойчивостей лежит между временем диффузии т а2 / г / и альфвеновским временем ТА CL / VA, где TJ ТА - Резистив-ная форма изгибной неустойчивости - это тиринг-неустойчивость. Она приводится в действие градиентом тока, но возникает при qa m, так что резонансная поверхность г rs лежит внутри трубки. [15]

Страницы: 1 2 3