高溫等離子體物理chapter7.pdf

第八章第八章 MHDMHD不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性 不穩(wěn)定性的來源和分類 非熱力學(xué)平衡狀態(tài) 一類是等離子體的宏觀參數(shù) 如密度 溫度 壓強(qiáng)等 熱力學(xué)量的空間不均勻性 另一類是等離子體速度分布偏離平衡的麥克斯韋分布 自由能的釋放 1 碰撞輸運(yùn) 2 不穩(wěn)定性 集體運(yùn)動 不穩(wěn)定性總是一種減少自由能的宏觀或者微觀運(yùn) 動 前一種原因?qū)е碌牟环€(wěn)定性 通常導(dǎo)致等離 子體以整體的形式發(fā)生運(yùn)動 因此稱為宏觀不穩(wěn)宏觀不穩(wěn) 定性定性 而且由于此種穩(wěn)定性通?？梢杂肕HD方程 進(jìn)行分析 因此也稱為MHDMHD不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性 而后一種 原因?qū)е碌牟环€(wěn)定性稱為微觀不穩(wěn)定性微觀不穩(wěn)定性 同時由 于其要用動力學(xué)方程進(jìn)行研究而被稱為動力學(xué)動力學(xué) kinetickinetic 不穩(wěn)定性 不穩(wěn)定性 更常用的分類 驅(qū)動力 壓力 電流 電阻 形態(tài) 氣球 交換 扭曲 撕裂 位置 內(nèi)模 表面模 外模 運(yùn)行環(huán)境 需求 無壁 理想導(dǎo)體壁 電阻壁 性質(zhì) 靜電 電磁 不穩(wěn)定性可以被完全抑制嗎 不穩(wěn)定性總是伴隨著約束發(fā)生 沒有必要要求抑制所有不穩(wěn)定性 也并不都是 所有的不穩(wěn)定性都具有同等的危險性 不穩(wěn)定性的演化 線性 非線性 飽和 最危險的模 隨時間增長快 空間結(jié)構(gòu)寬 能 快速導(dǎo)致等離子體整體失去平衡 研究順序 global local external internal ideal resistivity macro micro 研究不穩(wěn)定性的方法 1 直觀分析 2 線性化 p 220 221 x x0 x1 f f0 f1 f0 x0 f1 x0 f0 x1 2 f1 x1 簡正模x1 x kexp i t ikr kr 能量原理 勢能改變?yōu)檎?則穩(wěn)定 3 初值問題數(shù)值模擬 包含非線性信息 臘腸不穩(wěn)定性 扭曲不穩(wěn)定性 Rayleigh Taylor inst BE V dt xd g neV dt d Interchange inst 本質(zhì)的原因是電荷分離 最小磁場穩(wěn)定條件 平均最小場條件 然而完全最小場對于約束是不現(xiàn)實(shí)的 環(huán)形系統(tǒng)的交換穩(wěn)定 Linearized ideal MHD 邊界條件 等離子體與真空磁場邊界 真空與導(dǎo)體邊界 能量原理能量原理 先表面模后內(nèi)部模 能量原理和簡正模方法的等價 E 復(fù)雜幾何位形 定性 MHD N 對稱 定量 MHD kinetic Kink modeInterchange mode 扭曲 螺旋 不穩(wěn)定性 不穩(wěn)定條件不穩(wěn)定條件 氣球不穩(wěn)定性 k 0對應(yīng)槽紋不穩(wěn)定性 平均最小場 k 0在壞曲率處由壓力梯度驅(qū)動 穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件 電阻不穩(wěn)定性 微觀機(jī)制 電子運(yùn)動被碰撞阻礙了對電 荷分量的中和 能量機(jī)制 歐姆熱耗散 包含 電阻氣球模 電阻漂移不穩(wěn)定性 電阻性槽紋不穩(wěn)定性 撕裂模 磁面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被破壞磁面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被破壞 特征擴(kuò)散時間特征擴(kuò)散時間 R d2 環(huán)形系統(tǒng)中的MHD不穩(wěn)定性 平均最