тиринг-неустойчивости

ТИРИНГ-НЕУСТОЙЧИВОСТИ - неустойчивости неоднородной плазмы с током, находящейся в магн. поле, к-рые развиваются в окрестности нейтральных токовых слоев либо Х-линий и сопровождаются изменением топологии магн. поля, заключающимся в разрыве и пересоединении магн. силовых линий. По этой причине Т--н. (tearing instabilities) наз. также р а з р ы в н ы м и. В результате развития Т--н. в плазме возбуждаются тиринг-моды- возмущения плазмы, соответствующие пинчеванию равновесного тока, и, в частности, образованию т. н. магн. островов (областей плазмы с замкнутыми магн. силовыми линиями). Типичные конфигурации равновесного магн. поля для случаев нейтрального слоя и нейтральной X-линии приведены соответственно на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Конфигурация равновесного магнитного поля нейтрального слоя (а); образование магнитных островов (б).

В случае идеальной проводимости магн. поле вморожено в плазму и пересоединение магн. силовых линий невозможно. Для развития Т--н. условие вмороженности должно быть нарушено. Это возможно при действии след. факторов: столкновения частиц плазмы, Ландау затухания, инерции носителей заряда, рассеянии частиц на турбулентных пульсациях, обусловленных микронеустойчиво-стями, с эфф. частотой столкновений v_эф. В зависимости от соотношения между инкрементом неустойчивости g и частотой столкновений резонансных частиц v различают бес-столкновительный (g>v) либо столкновительный (g<v) режимы Т--н.

Рис. 2. Равновесное магнитное поле для нейтральной X-линии.

Простейший пример Т--н. реализуется в модели Харри-са, описывающей неустойчивость плоского слоя плазмы толщиной L с плотностью равновесного тока j_y(x) = - (cB₀/4pL)/ch²(x/L), к-рый создаёт конфигурацию с обращённым магн. полем B_z(x) = B₀th(x/L)(рис. 1, а). В бесстолкновит. плазме раскачка тиринг-моды за счёт черепковского резонанса с электронами происходит с характерным инкрементом для возмущений с продольными длинами волн l_z>2pL. При возбуждении одной тиринг-моды конфигурация магн. поля в окрестности нейтрального слоя эволюционирует к образованию магн. островов (рис. 1, б). На уровне нелинейного насыщения Т--н. ширина магн. острова становится порядка ширины слоя перезамыкания для тепловых ионов dx~(Lr_Вi)^1/2 , где r_Bi - ларморовский радиус ионов. В бес-столкновительной плазме Т--н. стабилизируется при достаточно сильном размытии нейтрального слоя, когда выполнено условие L>>r_Bi.

В плоских слоях с широм магн. поля вида B = B_z(x)e_z + B_ye_y место локализации Т--н. х~х₀ определяется условием k_||(x) = kB/B=0, где k - волновой вектор тиринг-моды. Ширина магн. острова, создаваемого отдельной тиринг-модой с амплитудой магн. поля dB_xk , равна , здесь . При этом ти-ринг-мода не является чисто поперечной, а содержит примесь дрейфовой моды и может быть застабилизирована на линейном уровне за счёт перекачки своей энергии в дрейфовые колебания. Устойчивость тиринг-моды повышается также при наложении на плазму дополнит. магн. поля B_x, направленного поперёк нейтрального слоя.

При возбуждении тиринг-турбулентности либо отдельных тиринг-мод с перекрывающимися магн. островами происходит стохастизация магн. силовых линий и, как следствие, повышение диффузии плазмы через нейтральный слой.

Нелинейное насыщение Т--н. обусловлено захватом резонансных частиц в магн. острова, квазилинейной релаксацией анизотропной ф-ции распределения частиц плазмы по скоростям и уширением магн. островов до размеров токового слоя.

Лит.: Furth H., Killeen Y., Rosenbluth M., Finite-resistivity instabilities of a sheet pinch, "Physics of Fluids", 1963, v. 6, p. 459; Zelenу L. M., Taktakishvili A. L., Spontaneous magnetic recon-nection mechanismes in plasma, "Astrophys. and Space Science", 1987, v. 134, p. 185; Арцимович Л. А., Сагдеев Р. 3., Физика плазмы для физиков, M., 1979; Основы физики плазмы, под ред. А. А. Галеева, P. Судана, т. 2, M., 1984.

H. С. Ерохин, Л. M. Зелёный.

   <<      Предметный указатель      >>