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,
квантового затухания, инерции носителей заряда, рассеянии частиц на турбулентных пульсациях, обусловленных
микронеустойчиво-стями, с эфф. частотой столкновений vэф.
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 jy(x) = - (cB0/4pL)/ch2(x/L), к-рый создаёт конфигурацию с обращённым магн. полем Bz(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 lz>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~(LrВi)1/2 , где rBi - ларморовский радиус ионов. В бес-столкновительной
плазме Т--н. стабилизируется при достаточно сильном размытии нейтрального слоя,
когда выполнено условие L>>rBi.
В плоских слоях с широм
магн. поля вида B = Bz(x)ez + Byey
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 dBxk , 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 Bx, 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 Тиринг-неустойчивости обусловлено захватом резонансных частиц в магн. острова, квазилинейной релаксацией анизотропной функции распределения частиц плазмы по скоростям и уширением магн. островов до размеров токового слоя.
H. С. Ерохин, Л. M.
Зелёный.
|
|
 |
