Турбулентная диффузия плазмы. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Турбулентная диффузия плазмы - разновидность аномальной диффузии плазмы, заключающаяся в аномально быстром переносе энергии и массы вещества плазмы под действием эл--магн. флуктуации с плотностью энергии, значительно превышающей тепловой равновесный уровень. Скорость турбулентной диффузии плазмы существенно зависит от корреляции движения частиц плазмы с флуктуац. эл--магн. полями. Турбулентная диффузия плазмы вызывает аномально быстрые переносы как в лаб. плазме (токамаки, стеллараторы и др. плазменные установки), так и в космической (солнечный ветер, околоземная ударная волна, межзвёздный ионизованный газ и турбулентная диффузия плазмы).

Определяющее значение в возникновении турбулентной диффузии плазмы имеют низкочастотные колебания

-ионная циклотронная частота), появляющиеся вследствие разл. неустой-чивостей. В относительно спокойной плазме, в к-рой крупномасштабные магнитогидродинамич. неустойчивости стабилизированы, аномальный перенос связывают с микроскопической турбулентностью плазмы, характерные пространственные масштабы к-рой значительно меньше характерных размеров плазмы. Турбулентная диффузия плазмы может возникать за счёт электростатич. и магн. флуктуации. Типичным источником надтепловых низкочастотных флуктуации в лаб. и космич. плазме являются дрейфовые неустойчивости ,связанные с диамагн. током, возникающим в неоднородной плазме поперёк магн. поля и градиента плотности (см. Дрейф заряженных частиц).

Под действием электростатических дрейфовых волн поперёк удерживающего плазму магн. поля создаётся ср. поток частиц

где

-флуктуации плотности частиц и напряжённости электрич. поля, связанные с дрейфовыми колебаниями; D - коэф. турбулентной диффузии плазмы. С учётом типичной амплитуды насыщения дрейфовой неустойчивости

(а - характерный размер поперечной неоднородности плотности,

-волновое число) коэффициент турбулентной диффузии плазмы на электростатич. дрейфовых волнах имеет значение

Здесь g- инкремент неустойчивости, а характерное значение

- скорость ионного звука. В случае дрейфово-диссипативной неустойчивости отсюда следует коэф. Бома диффузии.

Поперечный аномальный тепловой поток частиц данного сорта на электростатич. дрейфовых волнах

В плазме достаточно большого давления [когда

могут возбуждаться эл--м а г н.

дрейфовые волны. Обусловленные ими флуктуации магн. поля

, перпендикулярные осн. магн. полю, приводят к дополнит. поперечному переносу частиц и тепла. Аномальный ср. поток частиц за счёт эл--магн. флуктуации есть

Здесь

-флуктуации электронного тока. В этом случае поперечный аномальный тепловой поток равен

где

-флуктуации температуры, e_a-заряд частиц сорта a. Поток

связан с тепловым движением частиц вдоль флуктуирующих магн. силовых линий. В гидродинамич. режиме

(

-коэф. классич. продольной теплопроводности). В бес-столкновит. режиме, когда, напр., длина свободного пробега электронов l_e больше продольной длины корреляции L_c флуктуации магн. поля

, коэф. температуропроводности электронов c_e за счёт флуктуации магн. поля

равен

причём аномальный перенос связан со стохастизацией магн. силовых линий. В сильнотурбулентной плазме, когда выполнено условие

пропорц. амплитуде магн. флуктуации:

Источником магн. флуктуации могут быть и др. неустойчивости плазмы, напр. тиринг-неустойчивостъ.

Обычно в плазме одновременно развивается целый ряд микронеустойчивостей, каждая из к-рых даёт свой вклад в аномальный перенос, причём разный в разл. областях плазменного объёма. Напр., в токамаке на краях плазменного объёма осн. вклад в аномальный перенос дают электростатич. флуктуации, а в центр. области плазмы-магнитные. Коэф. турбулентной диффузии плазмы в токамаках

результаты эксперимента и теории совпадают.

Кроме турбулентной диффузии плазмы перенос энергии в плазме может быть связан с неоднородностью удерживающего плазму магн. поля, т. к. в этом случае часть запертых частиц плазмы (см. Магнитные ловушки)может двигаться кроме мелкомасштабного ларморовского вращения по крупномасштабным замкнутым дрейфовым орбитам. В токамаках такие орбиты наз. бананами, а связанная с ними диффузия - банановой или неоклассической. В экспериментах на токамаках диффузия электронов всегда аномальна, а диффузия ионов бывает и неоклассической.

Примером турбулентной диффузии плазмы является диффузия в межзвёздной среде. Осн. источником энергии этой турбулентности служат взрывы сверхновых звёзд, для к-рых характерно, что плотность энергии магн. поля

порядка плотности кине-тич. энергии ионизованного газа

. Турбулентность является магнитогидродинамической, а турбулентной диффузией магнитной. Для типичных параметров межзвёздной турбулентности l~100 парсек, u ~ 10 км/с коэф. магнитной турбулентной диффузии плазмы

Столь высокое значение D_м показывает, что крупномасштабные галактич. магн. поля не могут иметь реликтовое происхождение, поскольку относительно быстро, за время ~10⁸ лет, они должны быть разрушены магнитной турбулентной диффузией плазмы, к-рая приводит к их выносу из центр. части на периферию спиральных галактик.

Литература по турбулентной диффузии плазмы

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.