Глоссарий по физике

Турбулентная диффузия плазмы

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

где-флуктуации давления, c-коэф. турбулентной теплопроводности плазмы.

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

1. Арцимович Л. А., Сагдеев Р. 3., Физика плазмы для физиков, М., 1979;
2. Liewer P. С., Measurements of microturbulence in tokamaks and comparisons with theories of turbulence and anomalous transport, "Nucl. Fusion", 1985, v. 25, № 5, p. 549;
3. Рузмайкин А. А., Соколов Д. Д., HI у куров А. М., Магнитные поля галактик, М., 1988;
4. Horton W., Nonlinear drift waves and transport in magnetized plasma, "Phys. Repts", 1990, v. 192, № 1, p. 1;
5. Кадомцев Б.Б., Основы физики плазмы токамака, в кн.: Итоги науки и техники, сер. Физика плазмы, т. 10, ч. 1, М., 1991, с. 5.

Н. С. Ерохин, А. К. Некрасов

НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира

10.11.2021 - 12:37: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от д.м.н. Александра Алексеевича Редько - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:35: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вадима Глогера, США - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> Волновая генетика Петра Гаряева, 5G-контроль и управление - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:16: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Екатерины Коваленко - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.