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技术资料

浅谈关于等离子体的不稳定性

 

等离子体不稳定性大体上分为宏观不稳定性及微观不稳定性两类。凡是发展的区域远大于粒子的回旋半径和德拜长度等微观尺度的不稳定性,统称为宏观不稳定性;而仅在微观尺度上发展的不稳定性则称为微观不稳定性。【真空等离子清洗机】 

  宏观不稳定性会造成等离子体大范围的扰动,对平衡具有严重破坏作用。它的起因主要是等离子体中储藏了过剩的与磁场相结合的能量,此外,如等离子体的抗磁性等,也会引起宏观不稳定性。对于受控热核聚变装置中的约束等离子体来说,这是一个十分紧要的问题。  宏观不稳定性种类很多。除扭曲不稳定性外,比较重要的有交换不稳定性,即等离子体与约束磁扬的位置发生交换;撕裂模,即等离子体被磁场撕裂成细束,等等。

  宏观不稳定性通常都采用磁流体力学来研究。其中能量原理是一种很有效的方法,也就是根据偏离平衡的小位移引起系统的势能变化,来确定平衡是否稳定。这种方法特别适用于几何形状复杂的磁场。【真空等离子表面处理机】除能量原理外,简正模法也是常用的一种分析方法。它假设扰动量的形式为 dq(r,t)=dq(r)e-iwt 。解出的 w 一般是复数: w = wr + iwi 。如果 wi > 0 ,则扰动量的振幅会随t增长,也就是不稳定,反之如 wi < 0 ,系统是稳定的。

  微观不稳定性的起因有多种。一种来自空间的非均匀性,例如密度、温度、磁场的梯度等,这会引起漂移,有可能激发起不稳定性。另一种来自速度空间的不均匀性,如速度、温度、压力的各向异性。另外,如波和波相互作用等,也可能引起微观不稳定性。总之,偏离热平衡态的等离子体具有多余的自由能,必然要把它释放出来以趋向平衡态。自由能的释放就有可能驱动微观不稳定性。

  有微观不稳定性的等离子体的特征是出现不断增长的涨落现象。这往往导致湍流的产生和形成反常输运现象。微观不稳定性的种类极多。重要的有:二流不稳定性,这是由两束相对流动的粒子所引起;【低温等离子设备】漂移不稳定性,由各种梯度造成的漂移运动所引起;损失锥不稳定性,由速度分布的各向异性所引起;以及由波和波相互作用引起的参量不稳定性等。微观不稳定性的理论建立在动力论上,也就是从符拉索夫方程出发来研究的。

通常在研究不稳定性时用的是线性理论,它只能判断系统稳定与否,有些情况下它能给出初始时刻的不稳定性增长率。当扰动振幅增大后以及在适当情况下趋向饱和的演化问题,需要用非线性理论来研究。

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