Границы - плазма
Cтраница 2
В неограниченном пространстве всякое возмущение возбуждает бегущие волны, фаза которых меняется в пространстве в соответствии с фазовой скоростью распространения. В ограниченной плазме многократное отражение волн от границы плазмы может привести к установлению стоячей волны с одинаковой везде фазой. Для этого необходимо, чтобы между фазовой скоростью и размерами объема, заключающего плазму, выполнялись определенные резонансные соотношения. Такой объем называют резонатором, а колебания типа стоячих волн - собственными колебаниями резонатора. [16]
В отсутствие магнитного поля электромагнитные волны могут распространяться в плазме, только если их частота выше плазменной частоты. Волны с частотой ниже плазменной отражаются от границы плазмы. Они могут проникать только в тонкий слой, толщина которого порядка скорости света, деленной на плазменную частоту. При наличии магнитного поля аналогичным образом ведут себя волны, поляризованные так, что электрическое поле волны направлено вдоль постоянного внешнего магнитного поля. На такую волну магнитное поле не действует: ведь частицы плазмы движутся вдоль электрического поля, а магнитное поле, параллельное движению, не действует на него. [17]
Хочется осветить плазму с одной стороны и позволить рассеянному свету выйти из плазмы с другой стороны. Ниже обсуждаются способы выбора полей в вакууме и некоторые процедуры, связанные с достигающими границы плазмы частицами. [18]
В аВа / г - агВ обращается в нуль на границе невозмущенной плазмы, то при малых возмущениях работа внешних сил в ( 25) обращается в нуль в квадратичном по возмущению приближении. Это вполне естественно вытекает и из наших выражений, поскольку внешнее давление В2 / 8тг убывает от границы плазмы. Но нас в первую очередь интересуют не линейные возмущения, а сильно нелинейные, приводящие к образованию пузырей в плазме. [19]
Критерий устойчивости такой полностью скинированной плазмы может быть выяснен с помощью простых качественных соображений. Действительно, неустойчивость плазменного цилиндра, стянутого магнитным полем собственного тока, тесно связана с убыванием магнитного поля по мере удаления от границы плазмы наружу. Особенно наглядно это видно при рассмотрении локальных возмущений границы. Представим себе, что из плазмы случайно высунулся плоский язык, ориентированный параллельно магнитным силовым линиям. Такой язык очень мало возмущает магнитное поле он как бы просовывается между силовыми линиями, немного их раздвигая. Если поле уменьшается с удалением от границы плазмы, то кончик языка попадает в область меньшего магнитного давления и будет с ускорением вытягиваться дальше. [20]
По существу, это - проявление плазменного диамагнетизма; как всякий диамагнетик, плазма выталкивается из области; более сильного поля в область более слабого. Роль силы, вынуждающей развитие неустойчивости, играет газовое давление. Если, напротив того, вблизи границы плазмы магнитное поле повсеместно нарастает, то конфигурация должна быть устойчивой. [21]
В вакууме уравнение сохраняет свою форму ( 27), и, как отмечалось выше, на границе плазмы в пузыре и внешней границе величина дф / дп имеет разные знаки. Менее формально можно сказать, что внутрь плазмы будут диффундировать поверхностные токи, имеющие разные знаки на пузыре и внешней границе. Но токи разного направления отталкиваются, поэтому пузырь должен начать уходить от границы плазмы внутрь шнура. При В 0 погружение пузыря внутрь плазмы должно быть довольно быстрым, а при В ф 0 оно сначала происходит со скиновым временем, а затем, когда поверхностный ток полностью размывается, движение пузыря может замедлиться. [22]
Отметим, что интенсивность / быстро уменьшается на частотах со сор. Это связано с тем, что величина v / wp выбрана небольшой. Ситуация, изображенная на фигуре, исключительно редко может встретиться на практике, поскольку границы плазмы обычно достаточно размытые. [23]
Плазма, нагретая до чрезвычайно высоких температур и помещенная в открытую или замкнутую магнитную ловушку, представляет собой пример системы, весьма далекой от термодинамически равновесного состояния. В средней части ловушки температура должна достигать значений порядка 108 К, вблизи стенок она, по необходимости, не должна превышать 103 К. Плотность частиц в типичном случае велика в центре, и снова, в силу самого принципа термоизоляции, должна быть мала вблизи границы плазмы. Наконец, и распределение частиц в пространстве импульсов может быть очень далеким от максвелловского. Столкновения между частицами, независимо от того, частые они или редкие, не меняют состояния системы, если она уже находится в полном термодинамическом равновесии. [24]
Идея магнитной термоизоляции была живо поддержана И.Е. Таммом, и в 1950 г. были выполнены три работы [1, 2], в которых достаточно подробно проанализированы физические аспекты магнитного термоядерного реактора - сокращенно МТР. Магнитное поле может сильно влиять на траектории заряженных частиц - они как бы навиваются на силовые линии в виде винтовых линий. Если средний ларморовский радиус ионов pi значительно меньше поперечного размера плазмы а, то частице потребуется испытать очень много кулоновских рассеяний, прежде, чем она диффузионным образом сможет достигнуть границы плазмы. Поэтому при больших размерах плазмы ее удержание может быть достаточным для протекания самоподдерживающейся термоядерной реакции. [25]
Из определения дебаевской длины ясно, что это параметр макроскопический, не зависящий от действительных размеров электронов или от дробления электронов на части. Нетрудно сделать следующие заключения. Во-первых, вследствие ограниченности кинетической энергии частиц сколько-нибудь заметное разделение зарядов на расстояниях, превышающих дебаевскую длину или даже приближающихся к ней, в плазме невозможно. При исследовании электростатического поля у границы плазмы, например вблизи электрода в газовом разряде, обнаруживается область, для которой условие квазинейтральности не выполняется ( частицы под действием поля ускоряются), а также область, в которой условие электрической нейтральности почти выполняется и среда может рассматриваться как плазма. Таким образом, наложение на плазму внешнего электростатического поля приводит к появлению граничного слоя и переходной области, толщина которой порядка дебаевской длины. Следовательно, при наличии каких-либо внешних граничных условий толщина плазмы должна быть по крайней мере порядка нескольких дебаевских длин; только в этом случае можно говорить о плазме. При этом предполагается, что плазма в некотором смысле представляет собой непрерывную среду. Последнее предположение имеет смысл только в том случае, если число частиц в дебаевской сфере ( радиусом 1D) достаточно велико. [26]
Величина массы М неизменна во времени, в то время как составляющие ее масса конденсированной фазы ( диэлектрика) Л / к. Мпа изменяются в процессе фазового перехода. Указанное обстоятельство делает целесообразным использование в задаче лагранжевой массовой переменной s, ибо в этом случае границы пространственной области 0 s М оказываются неподвижными по массе. Кроме того, лагранжевы массовые переменные удобны при анализе процессов вблизи границы плазмы с диэлектриком, где в узкой пространственной зоне происходит резкое ( на несколько порядков) изменение плотности. [27]
Ситуация оказывается более сложной в типичном случае газоразрядной плазмы, когда Те 2V При этом меняется сама структура слоев, окружающих зонд Ленгмюра. Как показал Вом [114], в этих условиях происходит проникновение поля в плазму, без нарушения ее квазинейтральности, на величину, определяемую энергией электронов. Это поле вызывает ускорение ионов вблизи зонда. За областью объемного заряда, непосредственно примыкающей к поверхности зонда, возникает промежуточная область - так называемый предслой, в котором квазинейтральность не нарушена, но существует электрическое поле, простирающееся до границы неискаженной плазмы. [28]
 |
Распространение звуковой волны в намагниченной плазме. Волна связана с изгибом силовых линий. [29] |
В намагниченной плазме существенно изменяются также свойства звуковых волн. В звуковой волне колебания вещества происходят вдоль направления, по которому она распространяется. Поэтому магнитное поле, вмороженное в плазму, должно оказывать существенное влияние на движение звуковой волны в том случае, если эта волна идет перпендикулярно к силовым линиям, в противоположность электромагнитным волнам, в которых колебания носят поперечный характер. Оно связано с периодически изменяющимся изгибом силовых линий. Возбудить звуковую волну в плазме, направленную перпендикулярно к силовым линиям магнитного поля, можно, например, быстрым периодическим изменением напряженности этого поля вблизи границы плазмы. [30]
Страницы: 1 2 3