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奧坤鑫:淺談關于等離子體的不穩(wěn)定性
2016.10.20
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  【真空等離子設備】等離子體不穩(wěn)定性大體上分為宏觀不穩(wěn)定性及微觀不穩(wěn)定性兩類。凡是發(fā)展的區(qū)域遠大于粒子的回旋半徑和德拜長度等微觀尺度的不穩(wěn)定性,統(tǒng)稱為宏觀不穩(wěn)定性;而僅在微觀尺度上發(fā)展的不穩(wěn)定性則稱為微觀不穩(wěn)定性。
 
  宏觀不穩(wěn)定性會造成等離子體大范圍的擾動,對平衡具有嚴重破壞作用。它的起因主要是等離子體中儲藏了過剩的與磁場相結合的能量,此外,如等離子體的抗磁性等,也會引起宏觀不穩(wěn)定性。對于受控熱核聚變裝置中的約束等離子體來說,這是一個十分緊要的問題。
 
  宏觀不穩(wěn)定性種類很多。除扭曲不穩(wěn)定性外,比較重要的有交換不穩(wěn)定性,即等離子體與約束磁揚的位置發(fā)生交換;撕裂模,即等離子體被磁場撕裂成細束,等等。
 
  【常壓等離子設備】宏觀不穩(wěn)定性通常都采用磁流體力學來研究。其中能量原理是一種很有效的方法,也就是根據(jù)偏離平衡的小位移引起系統(tǒng)的勢能變化,來確定平衡是否穩(wěn)定。這種方法特別適用于幾何形狀復雜的磁場。
 
  除能量原理外,簡正模法也是常用的一種分析方法。它假設擾動量的形式為 dq(r,t)=dq(r)e-iwt 。解出的 w 一般是復數(shù): w = wr + iwi 。如果 wi > 0 ,則擾動量的振幅會隨t增長,也就是不穩(wěn)定,反之如 wi < 0="">
 
  微觀不穩(wěn)定性的起因有多種。一種來自空間的非均勻性,例如密度、溫度、磁場的梯度等,這會引起漂移,有可能激發(fā)起不穩(wěn)定性。另一種來自速度空間的不均勻性,如速度、溫度、壓力的各向異性。
 
  另外,如波和波相互作用等,也可能引起微觀不穩(wěn)定性??傊?,偏離熱平衡態(tài)的等離子體具有多余的自由能,必然要把它釋放出來以趨向平衡態(tài)。自由能的釋放就有可能驅動微觀不穩(wěn)定性?!?a href="http://www.ycsyzs.com/">等離子Plasma
 
  有微觀不穩(wěn)定性的等離子體的特征是出現(xiàn)不斷增長的漲落現(xiàn)象。這往往導致湍流的產(chǎn)生和形成反常輸運現(xiàn)象。
 
  微觀不穩(wěn)定性的種類極多。重要的有:二流不穩(wěn)定性,這是由兩束相對流動的粒子所引起;漂移不穩(wěn)定性,由各種梯度造成的漂移運動所引起;損失錐不穩(wěn)定性,由速度分布的各向異性所引起;以及由波和波相互作用引起的參量不穩(wěn)定性等。微觀不穩(wěn)定性的理論建立在動力論上,也就是從符拉索夫方程出發(fā)來研究的。
 
  通常在研究不穩(wěn)定性時用的是線性理論,它只能判斷系統(tǒng)穩(wěn)定與否,有些情況下它能給出初始時刻的不穩(wěn)定性增長率。當擾動振幅增大后以及在適當情況下趨向飽和的演化問題,需要用非線性理論來研究?!?a href="http://www.ycsyzs.com/">等離子處理機



 
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