Astronet > Neustoichivosti plazmy

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Neustoichivosti plazmy

1. Vvedenie
2. Magnitogidrodinamicheskie neustoichivosti
3. Kineticheskie neustoichivosti
4. Parametricheskie neustoichivosti

1. Vvedenie

Odnoi iz naibolee vazhnyh osobennostei plazmy yavl. vozmozhnost' sushestvovaniya i rasprostraneniya v nei razlichnyh tipov kolebanii i voln. Mozhno skazat', chto plazma predstavlyaet soboi ne tol'ko sovokupnost' bol'shogo chisla zaryazhennyh chastic, no takzhe i ansambl' bol'shogo chisla oscillyatorov - sobstvennyh kolebanii, harakterizuyushihsya opredelennymi znacheniyami volnovogo vektora i chastoty. V ravnovesnoi plazme uroven' etih kolebanii ves'ma mal, eto t.n. teplovye fluktuacii. Rezko otlichnaya situaciya imeet mesto pri otklonenii sostoyaniya plazmy ot ravnovesnogo (elektrich. tok v plazme, puchok bystryh chastic i t.d.), kogda stanovitsya vozmozhnym razvitie N. p., t.e. narastaniya malyh vozmushenii v plazme do vysokogo urovnya.

2. Magnitogidrodinamicheskie neustoichivosti

Naibolee radikal'nymi N. p., privodyashimi k makroskopich. peremesheniyam bol'shih uchastkov plazmy, yavl. t.n. magnitogidrodinamicheskie (MGD) neustoichivosti. V zavisimosti ot togo, razvivayutsya li N. p. za vremena, sushestvenno men'shie ili sravnimye s harakternym vremenem mezhdu soudareniyami chastic, govoryat ob ideal'nyh ili dissipativnyh MGD-neustoichivostyah.

Iz ideal'nyh naibolee sushestvennymi yavl. zhelobkovaya i vintovaya N. p. Vozniknovenie zhelobkovoi N. p. svyazano s tem, chto plazma, kak vsyakii diamagnetik, stremitsya peremeshat'sya v storonu bolee slabyh magn. polei. V rezul'tate otdel'nye trubki silovyh linii budut "vsplyvat'" vmeste s zaklyuchennoi v nih plazmoi v storonu bolee slabogo polya. Dlya togo chtoby poluchit' kriterii neustoichivosti, rassmotrim magn. trubku, obrazovannuyu tonkim puchkom silovyh linii. Ob'em etoi trubki $V =\oint S\;dl$ , gde S - poperechnoe sechenie trubki, a integral beretsya vdol' silovyh linii. Plazma, zapolnyayushaya trubku, stremitsya rasshirit'sya, no pri vsyakih peremesheniyah trubki magnitnyi potok F = SB (V - napryazhennost' magn. polya) v nei dolzhen sohranyat'sya. Poetomu plazma budet peremeshat'sya v storonu uvelicheniya t.n. udel'nogo ob'ema magn. trubki $U=\oint dl/B$ . Granica plazmy v magn. pole budet ustoichiva lish' v tom sluchae, kogda pri smeshenii ee v oblast', zanyatuyu tol'ko magn. polem, vypolnyaetsya uslovie $\delta U < 0$ . V protivnom sluchae plazma kak by stremitsya pomenyat'sya mestami s magn. polem (otsyuda drugoi termin - konvektivnaya, ili perestanovochnaya, neustoichivost'). Vozmusheniya poverhnosti plazmy pri etoi neustoichivosti budut imet' vid zhelobkov, orientirovannyh vdol' silovyh linii.

Esli v sluchae zhelobkovoi N. p. osvobozhdaetsya teplovaya energiya, zaklyuchennaya v plazme, to v sluchae vintovoi N. p. energetich. rezervuarom dlya razvitiya neustoichivosti sluzhit magn. pole. Prosteishaya konfiguraciya, v k-roi vozmozhna vintovaya N. p., - eto plazmennyi shnur s vintovymi silovymi liniyami magn. nolya. Neustoichivost' razvivaetsya v rezul'tate togo, chto silovye linii, stremyas' sokratit'sya analogichno rezinovym zhgutam, deformiruyut shnur takim obrazom, chtoby ih krivizna umen'shalas'. Vintovaya N. p. mozhet byt' podavlena pri nalozhenii dostatochno sil'nogo prodol'nogo (vdol' shnura) magn. polya.

V usloviyah, kogda vintovaya N. p. podavlena, v plazme s konechnoi provodimost'yu razvivaetsya dissipativnyi analog vintovoi N. p., pri k-rom proishodit razryv silovyh linii magn. polya. Eta raznovidnost' N. p. poluchila nazvanie razryvnoi neustoichivosti ili tiring-neustoichivosti (ot angl. tearing - razryv). Naibolee vazhnoi yavl. razryvnaya neustoichivost' v plazme s neitral'nym sloem, po obe storony ot k-rogo silovye linii magn. polya imeyut protivopolozhnoe napravlenie. Takoi skachok magn. polya podderzhivaetsya tokom v sloe. T.k. sila prityazheniya mezhdu otdel'nymi tokovymi nityami rastet pri ih sblizhenii, a svyaz' etih nitei s ostal'nymi nityami oslablyaetsya iz-za udaleniya, to ploskii tokovyi sloi razbivaetsya na otdel'nye zhguty. Pri etom proishodit perestroika konfiguracii magn. polya: chast' magn. silovyh linii, napravlennyh pervonachal'no vdol' sloya, perezamykaetsya vokrug tokovyh zhgutov. Izbytok energii magn. polya peredaetsya plazme. Perezamykanie vozmozhno pri nalichii konechnoi dissipacii v plazme, kogda narushaetsya vmorozhennost' magn. polya (sm. Magnitogidrodinamika). V besstolknovitel'noi plazme takaya dissipaciya obuslovlena cherenkovskim vzaimodeistviem tiring-mody s rezonansnymi chasticami plazmy v neitral'nom sloe.

Tiring-neustoichivost' - naibolee sushestvennaya N. p. v astrofizike. V chastnosti, ona, po-vidimomu, otvechaet za vysvobozhdenie energii magn. polya magnitosfernogo hvosta Zemli.

3. Kineticheskie neustoichivosti

Krome MGD-neustoichivostei v plazme mogut vozbuzhdat'sya kolebaniya, dlya k-ryh yavl. sushestvennym vzaimodeistvie s otdel'nymi gruppami chastic (rezonansnye chasticy). Takie N. p. naz. mikro- ili kinetich. neustoichivostyami.

Ris. 1. Funkciya raspredeleniya elektronov
plazmy i puchka po sostavlyayushei skorosti
v napravlenii dvizheniya puchka.

V osnove kinetich. N. p. lezhit vozbuzhdenie kolebanii ili voln otdel'nymi gruppami rezonansnyh chastic, k-rye v neravnovesnoi plazme mogut sluzhit' energetich. rezervuarom dlya neustoichivosti. Makroskopich. proyavleniya kinetich. neustoichivostei - vozbuzhdenie v plazme intensivnyh kolebanii (chashe vsego shumovogo haraktera), obuslovlennaya neustoichivost'yu relaksaciya neravnovesnyh raspredelenii chastic i, nakonec, vliyanie na processy perenosa v plazme (elektrich. tok, diffuziyu, teploprovodnost').

Naibolee prostoi tip kinetich. N. p. razvivaetsya pri vzaimodeistvii s plazmoi puchkov zaryazhennyh chastic. Etot podklass kinetich. N. p. poluchil nazvanie puchkovyh. Proshe vsego interpretirovat' puchkovuyu neustoichivost' kak obrashenie effekta zatuhaniya Landau. Pri nalichii v plazme dostatochno intensivnogo puchka elektronov funkciya raspredeleniya po skorostyam f₀ imeet vtoroi maksimum pri skorosti, sootvetstvuyushei sr. skorosti chastic puchka v₀ (tochka 2 na ris. 1). V etom sluchae vsegda sushestvuet interval skorostei rezonansnyh chastic mezhdu tochkami 1 i 2 na ris. 1, v k-rom proizvodnaya ). T.o., iz shirokogo spektra plazmennyh kolebanii, voznikayushih vsledstvie teplovyh fluktuacii, vydelyaetsya uzkii spektral'nyi interval voln, nahodyashihsya v rezonanse s puchkom i pogloshayushih ego energiyu. Razvitie puchkovoi N. p. soprovozhdaetsya razbieniem elektronnogo puchka na sgustki i gruppirovkoi ego chastic v oblasti tormozyashih faz elektrich. polya neustoichivoi plazmennoi volny. Rassmotrim plazmennuyu volnu, rasprostranyayushuyusya v napravlenii dvizheniya puchka i imeyushuyu fazovuyu skorost' v_f, blizkuyu k ego sr. skorosti v₀. V sisteme otscheta volny elektrich. pole, deistvuyushee na puchok, kvazistacionarno i energiya elektronov v₀ > v_f), to gruppirovka chastic dolzhna imet' mesto v toi oblasti faz, gde $\partial f_0/\partial v_x > 0$ . %00%00%10%6D%00%6A%00%64%00%67%00%00" >Landau border="0" alt="$m_e (v-v_f)^2/2 - e\varphi$" align="absmiddle" width="140" height="20" > ( $\varphi$ - elektrostatich. potencial v et.ru/pubd/2005/01/15/0001202032/tex/formula6.gif" border="0" alt="$v=v_0+\delta v$" align="absmiddle" width="81" height="16" >) border="0" alt="$\delta v\sim e\varphi/m_e (v_0-v_f)$" align="absmiddle" width="149" height="19" >. Esli volna dvizhetsya neskol'ko medlennee s.astronet.ru/pubd/2005/01/15/0001202032/tex/formula8.gif" border="0" alt="$\partial\varphi/\partial x < 0$" align="absmiddle" width="77" height="18" >, t.e. sila elektrich. polya volny, deistvuyushaya na elektrony puchka border="0" alt="$e\partial\varphi/\partial x < 0$" align="absmiddle" width="85" height="18" >, yavl. tormozyashei (ris. 2). Elektrony,

Ris. 2. Avtomodulyaciya puchka pri puchkovoi
neustoichivosti. I - grafik
elektrostaticheskogo potenciala v volne
$\varphi=\varphi_0\cos kx'$ ; II - sila, deistvuyushaya
na elektrony puchka $e\partial\varphi/\partial x$ ;
III - izmenenie skorosti elektronov
puchka ( $\delta v$ ) v pole volny pri v₀ > v_f.
Grafiki privedeny v sisteme otscheta volny:
x' = x - v_ft. Polozhitel'noe znachenie
$\delta v$ sootvetstvuet dvizheniyu chastic
vpravo, otricatel'noe - vlevo. Chasticy
skaplivayutsya (gruppiruyutsya) v
zashtrihovannoi oblasti.

Obychno pri puchkovoi N. p. energiya plazmennyh kolebanii, vozbuzhdaemyh puchkom, sravnima s ego nachal'noi energiei. Odnako v sluchae intensivnyh puchkov mogut stat' sushestvennymi effekty nelineinogo vzaimodeistviya plazmennyh voln drug s drugom, perekachivayushie energiyu v oblast' spektra, gde eti volny neposredstvenno s puchkom ne vzaimodeistvuyut. V etom sluchae stabilizaciya (prekrashenie rosta) neustoichivosti proishodit pri urovnyah energii plazmennyh voln, sushestvenno men'shih energii puchka (sm. Plazmennaya turbulentnost').

V kosmich. usloviyah puchkovaya N. p. voznikaet chasto. Napr., obrazuyushiesya pri vspyshkah na Solnce bystrye chasticy, prohodya cherez solnechnuyu koronu, vozbuzhdayut v nei plazmennye kolebaniya, energiya k-ryh zatem transformiruetsya v el.-magn. volny. Eti volny nablyudayutsya v vide solnechnyh radiovspleskov III tipa (sm. Radioizluchenie Solnca).

Ne menee rasprostranennoi v kosmich. usloviyah yavl. ciklotronnaya N. p., v osnove k-roi lezhit vozbuzhdenie voln rezonansnymi chasticami pri normal'nom i anomal'nom effekte Doplera. Uslovie rezonansnogo vzaimodeistviya voln i chastic pri normal'nom effekte Doplera ( $\omega-k_{||}v_{||}=\omega_n$ ) oznachaet, chto chastota voln so s uchetom doplerovskogo sdviga $\Delta\omega=\omega v_{||}/c=k_{||}v_{||}$ Gc (t.e. v sisteme K, dvizhusheisya vmeste s chasticei so skorost'yu v_||) sovpadaet s ciklotronnoi chastotoi $\omega_n$ (k_|| - proekciya volnovogo vektora na napravlenie vneshnego magn. polya, v_|| - komponent skorosti vdol' polya). V etom sluchae izluchenie voln proishodit za schet energii poperechnogo dvizheniya zaryazhennoi chasticy. Pri rezonanse, svyazannom s anomal'nym effektom Doplera ( $\omega-k_{||}v_{||}=-\omega_n$ ), vektor elektrich. polya v volne i chastica vrashayutsya v protivopolozhnyh napravleniyah. V etom sluchae rezonans vozmozhen tol'ko pri dostatochno bol'shom doplerovskom sdvige chastoty, izmenyayushem napravlenie vrasheniya elektrich. vektora volny (v sisteme K) na protivopolozhnoe; izluchenie proishodit za schet energii prodol'nogo dvizheniya chasticy.

Pri ciklotronnoi N. p. vozmozhno vozbuzhdenie el.-magn. voln, v chastnosti vistlerov, rasprostranyayushihsya vdol' magn. polya, MGD-voln (al'venovskih, magnitozvukovyh) i dr. Kak i puchkovaya, ciklotronnaya N. p. soprovozhdaetsya fazovoi gruppirovkoi rezonansnyh chastic (proishodyashei v napravlenii rasprostraneniya volny), pri k-roi rezonansnye chasticy sobirayutsya v osnovnom v oblasti tormozyashih faz i usilivayut vzaimodeistvuyushuyu s nimi volnu. Otlichie ot puchkovoi N. p. lish' v tom, chto v sluchae ciklotronnoi neustoichivosti el.-magn. volny gruppirovka svyazana s deistviem na chasticy prodol'nogo komponenta sily Lorenca $[{\bf v}_\perp {\bf H}_\perp]e/c$ , ${\bf H}_\perp$ - magn. pole volny, ${\bf v}_\perp$ - skorost' rezonansnoi chasticy poperek vneshnego magn. polya. Ciklotronnaya N. p. voznikaet ne tol'ko pri nalichii puchka v plazme, no i v tom sluchae, kogda rezonansnye chasticy imeyut anizotropnoe raspredelenie po skorostyam, t.e. kogda ih raspredelenie po skorostyam vdol' magn. polya ne povtoryaet raspredelenie po poperechnym skorostyam. Imenno takaya situaciya imeet mesto v geomagnitnoi lovushke, kak i v lyuboi lovushke s magn. probkami (sm. Magnitosfery planet). Te zaryazhennye chasticy, k-rye dvizhutsya priblizitel'no vdol' magn. polya, prohodyat skvoz' probku i teryayutsya v atmosfere, a chasticy s bol'shimi poperechnymi skorostyami, t.e. dvizhushiesya pod bol'shimi "pitch-uglami" k polyu, otrazhayutsya ot magn. probki i ne dostigayut atmosfery. V rezul'tate v sisteme okazyvaetsya nedostatok chastic, dvizhushihsya vdol' polya, raspredelenie bystryh chastic no skorostyam stanovitsya anizotropnym i voznikayut usloviya dlya razvitiya ciklotronnoi N. p.

V plazme s anizotropnym raspredeleniem po skorostyam mozhet razvivat'sya t.n. shlangovaya neustoichivost'. Fiz. mehanizm etoi N. p. legche vsego ponyat', esli rassmotret' al'venovskie volny v anizotropnoi plazme. Izvestno, chto al'venovskie volny predstavlyayut soboi kolebaniya uprugih nitei - silovyh linii magn. polya. Poskol'ku v beskonechno provodyashei plazme chasticy privyazany k silovym liniyam, to pri iskrivlenii silovoi linii voznikaet centrobezhnaya sila, proporcional'naya energii prodol'nogo (vdol' silovoi linii) dvizheniya chastic i stremyashayasya uvelichit' iskrivlenie. V anizotropnoi plazme s bol'shoi prodol'noi temp-roi $k(T_{||}-T_\perp)> H^2/4\pi n$ - temp-ry, harakterizuyushie dvizhenie chastic plazmy vdol' i poperek magn. polya, n - koncentraciya zaryazhennyh chastic v plazme) eta sila okazyvaetsya bol'she, chem vozvrashayushie sily, svyazannye s natyazheniem silovyh linii i s diamagnitnymi sv-vami plazmy. V rezul'tate silovaya liniya budet eshe bol'she iskrivlyat'sya po analogii s povedeniem shlanga, po k-romu podaetsya sil'naya struya vody. Neustoichivost' rassmatrivaemogo tipa vozmozhna v plazme solnechnogo vetra, s nei svyazana dissipaciya na fronte mezhplanetnyh udarnyh voln.

Nakonec, v kosmich. plazme ves'ma sushestvennoi okazyvaetsya tokovaya N. p. Otnosit. dvizhenie elektronov i ionov pri protekanii toka shodno s dvizheniem puchka cherez plazmu i privodit k razvitiyu neustoichivosti, analogichnoi puchkovoi. V rezul'tate tokovoi N. p. vozbuzhdayutsya ionno-zvukovye, ionno-plazmennye kolebaniya, a pri tokovyh skorostyah elektronov, bol'shih teplovoi skorosti, - i bolee vysokochastotnye volny. Osn. makroskopich. sledstvie tokovoi N. p. - bystraya peredacha impul'sa elektronov kolebaniyam i uchastvuyushim v kolebaniyah ionam, t.e. vozniknovenie anomal'nogo soprotivleniya. S anomal'nym soprotivleniem, po-vidimomu, svyazano sushestvovanie dvoinyh sloev - skachkov potenciala, voznikayushih pri protekanii toka. V takih sloyah na rasstoyanii nesk. debaevskih radiusov elektrony uskoryayutsya do energii, sushestvenno prevyshayushih teplovuyu. Dvoinye sloi neodnokratno nablyudalis' v laboratornoi plazme, oni voznikayut takzhe v avroral'nyh oblastyah magnitosfery Zemli i sushestvenny pri ustanovlenii magnitosferno-ionosfernyh svyazei. Tokovye N. p. imeyut mesto i na frontah besstolknovitel'nyh udarnyh voln, gde iz-za rezkogo izmeneniya magn. polya voznikaet sil'noe elektrich. pole, v k-rom elektrony plazmy priobretayut bol'shuyu napravlennuyu skorost'. V chastnosti, tokovaya N. p. i vozbuzhdenie plazmennyh voln dolzhny imet' mesto na frontah udarnyh voln, obrazovannyh vspyshkami na Solnce. Prevrashenie plazmennyh voln v elektromagnitnye vyzyvaet solnechnye radiovspleski II tipa.

4. Parametricheskie neustoichivosti

Pri rasprostranenii v plazme el.-magn. volny bol'shoi amplitudy imeet mesto periodich. prostranstvenno-vremennaya modulyaciya parametrov plazmy. Na fone takoi modulyacii voznikaet parametrich. svyaz' voln maloi amplitudy (probnye volny), i amplituda etih voln narastaet so vremenem po eksponencial'nomu zakonu. Prichinoi raskachki probnyh voln yavl. kolebaniya elektronov i ionov plazmy v pole el.-magn. volny bol'shoi amplitudy (volny nakachki). Neustoichivosti takogo tipa nazyvayutsya parametricheskimi.

Naibolee prostym primerom parametrich. N. p. yavl. raspadnaya neustoichivost' voln - effekt, v znachit. stepeni analogichnyi parametrich. rezonansu v mehanike. Sut' ee zaklyuchaetsya v tom, chto pri nalichii v plazme volny nakachki $a(t, {\bf r})=a\cos({\bf k_0r}-\omega_0 t)$ s volnovym vektorom k₀ i chastotoi $\omega_0$ odnovremenno narastayut dve volny s chastotami i volnovymi vektorami $\omega_1$ , k₁ i $\omega_2$ , k₂, udovletvoryayushimi sleduyushim usloviyam parametrich. rezonansa (raspadnym usloviyam): $\omega_0=\omega_1+\omega_2$ , k₀=k₁ + k₂. Rassmatrivaya kolebaniya plazmy kak gaz kvazichastic, obladayushih energiei $\hbar \omega$ i impul'som $\hbar$ k, mozhno naglyadno interpretirovat' raspadnye usloviya kak zakony sohraneniya energii i impul'sa pri raspade kvanta s energiei $\hbar \omega_0$ i impul'som $\hbar$ k₀ na dva drugih ( $\hbar\omega_1$ , $\hbar$ k₁) i ( $\hbar\omega_2$ , $\hbar$ k₂). Poskol'ku pri raspade energiya peredaetsya oboim obrazuyushimsya kvantam, to oni dolzhny imet' men'shie chastoty, chem kvant volny nakachki: $\omega_0 > \omega_1, \omega_2$ . Esli volna nakachki i probnye volny prinadlezhat odnoi i toi zhe vetvi dispersionnoi krivoi kolebanii, to raspadnye usloviya vypolnyayutsya daleko ne dlya vsyakoi zavisimosti $\omega$ (k) (sm. Plazma). Gorazdo proshe udovletvorit' raspadnym usloviyam, esli v process parametrich. neustoichivosti vovlecheny nesk. vetvei kolebanii. Tak, napr., dlya lengmyurovskoi volny nakachki vypolnenie raspadnyh uslovii vozmozhno pri ee raspade na lengmyurovskuyu i ionno-zvukovuyu volny (sokrashenno $l\to l'+s$ ). Sootvetstvuyushaya parametrich. neustoichivost' stala pervym tipom raspada voln v plazme, predskazannym i issledovannym v 1962 g. R.3. Sagdeevym i V.N. Oraevskim. Mehanizm svyazi lengmyurovskih i ionno-zvukovyh kolebanii sleduyushii. Pri nalichii v neizotermicheskoi ( $T_e\gg T_i$ , gde T_e, T_i - temp-ry elektronov i ionov plazmy) plazme ionno-zvukovoi volny lengmyurovskie kolebaniya proishodyat na fone medlennyh variacii plotnosti plazmy, vyzvannyh takoi volnoi. Poskol'ku chislo lengmyurovskih kvantov $\sim W/\omega_p$ [ $W=E^2/4\pi$ - plotnost' energii lengmyurovskih kolebanii, E - amplituda kolebanii elektrich. polya v lengmyurovskoi volne, $\omega_p=(4\pi e^2 n_0/m_e)^{1/2}$ - ih chastota, n₀ - koncentraciya elektronov] dolzhno sohranyat'sya, to modulyaciya plotnosti plazmy soprovozhdaetsya modulyaciei intensivnosti lengmyurovskih kolebanii. Eto privodit k vozniknoveniyu sily vysokochastotnogo davleniya lengmyurovskih kolebanii (davlenie "gaza" lengmyurovskih kvantov), izmenyayushei plotnost' plazmy i takim obrazom osushestvlyayushei ih obratnuyu svyaz' s ionno-zvukovymi kolebaniyami. Pri zadannoi amplitude elektrich. polya volny nakachki E₀= const inkrement narastaniya $\gamma_d$ (velichina, obratnaya vremeni vozrastaniya amplitudy v e raz) amplitudy probnyh voln raven:
$\gamma_d=\sqrt{\omega_p\omega_s}\cdot\sqrt{E_0^2\over{64\pi n_0 kT_e}}$
gde $\omega_s=k(kT_e/m_i)^{1/2}$ - chastota ionno-zvukovyh kolebanii (m_i - massa iona). Pri nalichii dissipacii energii probnyh lengmyurovskoi i ionno-zvukovoi voln, obuslovlennoi stolknoveniyami ili zatuhaniem Landau, raspadnaya neustoichivost' voznikaet tol'ko pri amplitudah volny nakachki vyshe porogovoi. Porog dlya vozniknoveniya neustoichivosti opredelyaetsya iz usloviya $\gamma_d^2 > \gamma_l \gamma_s$ - dekrementy zatuhaniya (velichiny, obratnye vremeni umen'sheniya amplitudy v e raz) lengmyurovskoi i ionno-zvukovoi voln. Otlichnoe ot nulya porogovoe znachenie amplitudy volny nakachki voznikaet takzhe v neodnorodnoi plazme za schet konvektivnogo snosa kolebanii iz oblasti rezonansnogo vzaimodeistviya.

Krome rassmotrennoi vyshe raspadnoi neustoichivosti lengmyurovskoi volny $l\to l'+s$ v plazme vozmozhno bol'shoe chislo dr. raspadnyh neustoichivostei, svyazyvayushih razlichnye tipy kolebanii.

Interesnaya osobennost' raspadnoi neustoichivosti v neravnovesnoi plazme svyazana s nalichiem v nei voln s otricat. energiei. "Otricatel'nost'" energii volny oznachaet, chto vozbuzhdenie volny soprovozhdaetsya umen'sheniem, a ne uvelicheniem volnovoi energii sredy. Eto vozmozhno v plazme s neravnovesnym raspredeleniem chastic po skorostyam (puchok v plazme, anizotropiya temp-r i dr.). Vzaimodeistvie takoi volny s volnami polozhit. energii privodit k vozniknoveniyu parametrich. neustoichivosti vzryvnogo tipa. Prichina ee sostoit v tom, chto, otdavaya v processe raspada svoyu energiyu probnym volnam, volna nakachki uvelichivaet, a ne umen'shaet svoyu amplitudu. Razvivayushayasya pri etom "nelineinaya" neustoichivost' harakterizuetsya tem, chto ee inkrement tem bol'she, chem bol'shego urovnya dostigla amplituda. T.o., neustoichivost' nosit harakter vzryva, kogda za maloe vremya amplituda volny narastaet do bol'shih znachenii.

Pri dostatochno bol'shih amplitudah volny nakachki inkrement raspadnoi neustoichivosti $l\to l'+s$ prevyshaet chastotu ionno-zvukovyh kolebanii. Pri takih amplitudah medlennye dvizheniya plazmy, sozdannye ponderomotornoi siloi vysokochastotnogo davleniya, uzhe ne sovpadayut s ionno-zvukovymi kolebaniyami plazmy. Eto vynuzhdennye kolebaniya, dispersiya k-ryh polnost'yu opredelyaetsya volnoi nakachki. V etom sluchae naibolee interesnoi yavl. parametrich. neustoichivost', pri k-roi proishodit modulyaciya lengmyurovskoi energii s dlinoi volny, sushestvenno men'shei, chem u volny nakachki, - modulyacionnaya neustoichivost'. Fiz. mehanizm neustoichivosti sleduyushii. Pri dvizhenii na fone medlenno izmenyayushihsya variacii plotnosti plazmy ( $\delta n$ ) chastota (energiya) plazmonov - kvantov lengmyurovskih voln - sohranyaetsya. Iz zakona dispersii etih voln
$\omega_l(k)=\omega_p \left(1+{\delta n\over{2n_0}}\right) + {2\over 3} k^2 D^2 \omega_p$
(D - debaevskii radius, n₀ - nevozmushennaya plotnost' plazmy) sleduet, chto v "provalah" plotnosti plazmy ( $\delta n$ < 0) volnovoe chislo k i kinetich. energiya plazmonov vozrastayut (vtoroe slagaemoe mozhno rassmatrivat' kak kineticheskuyu, a pervoe kak potencial'nuyu energiyu plazmonov v ed. $\hbar$ ). T.o., oblasti ponizhennoi plotnosti plazmy igrayut rol' potencial'nyh yam dlya plazmonov. Eto privodit k ih lokalizacii v "provalah" plotnosti i, sledovatel'no, k vozrastaniyu sily vysokochastotnogo davleniya plazmonov v "provale". Pod deistviem etogo davleniya plazma vytesnyaetsya iz oblasti lokalizacii plazmonov, eshe bol'she uglublyaya "proval" plotnosti i tem samym sozdavaya eshe bolee glubokuyu potenc. yamu dlya plazmonov. Razvivaetsya neustoichivost' avtomodulyacii prostranstvennogo raspredeleniya plazmonov - styagivanie ih v sgustki - kaverny, iz k-ryh siloi vysokochastotnogo davleniya vytesnena plazma. Nelineinoi stadii modulyacionnoi neustoichivosti sootvetstvuet lengmyurovskii kollaps - shlopyvanie kavern, nosyashee harakter vzryva i proishodyashee vplot' do dostizheniya imi razmerov, pri k-ryh stanovitsya sushestvennym zatuhanie Landau zapertyh v kavernah plazmonov. Ideya o kollapsiruyushih kavernah kak elementarnyh yacheikah, transportiruyushih lengmyurovskuyu energiyu v korotkovolnovuyu oblast' poglosheniya, lezhit v osnove teorii lengmyurovskoi turbulentnosti.

Lit. sm. pri st. Landau zatuhanie.

(V.I. Shevchenko)

V. I. Shevchenko, "Fizika Kosmosa", 1986
Glossarii Astronet.ru

L | R | A | B | V | G | D | E | Zh | Z | I | ' | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | Sh | E | Yu | Ya

Publikacii s klyuchevymi slovami: plazmennye neustoichivosti Publikacii so slovami: plazmennye neustoichivosti
Sm. takzhe: Neustoichivosti plazmy

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati