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, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.