Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Кролл Н. -> "Основы физики плазмы" -> 75

Основы физики плазмы - Кролл Н.

Кролл Н., Трейвелпис А. Основы физики плазмы — М.: Мир, 1975. — 526 c.
Скачать (прямая ссылка): osnovifizikiplasmi1975.djvu
Предыдущая << 1 .. 69 70 71 72 73 74 < 75 > 76 77 78 79 80 81 .. 226 >> Следующая


В настоящей главе мы будем решать макроскопические гидродинамические уравнения плазмы без учета парных столкновений для различных равновесных конфигураций и при разных условиях. Далее, используя разнообразные методы, мы исследуем полученные квазиравновесные решения с целью установления их устойчивости или неустойчивости и определения, если это возможно, скорости нарастания неустойчивости.

Хотя исследование плазменных неустойчивостей проводилось на заре развития этой области науки, оно не привлекало к себе серьезного внимания до тех пор, пока в 1952 г. не были начаты работы по исследованию управляемых термоядерных реакций [2, 20*]. Практическая цель этих работ состояла и состоит до сих пор (1972 г.) в разработке реактора, в котором энергия вырабатывается за счет самоподдерживающейся реакции слияния легких ядер. Чтобы создать условия, при которых такой реактор был бы экономически оправдан, необходимо обеспечить магнитную изоляцию дейтериевой или тритиевой плазмы от любой низкотемпературной системы, такой, например, как стенки вакуумной камеры, при кинетической температуре порядка 100 кэВ и плотности частиц порядка IO14 см"3 в течение времени по крайней мере 1 с. В такой плазме освободилось бы больше энергии в процессе ядерного синтеза, чем ее было бы потрачено на создание плазмы. При указанных выше значениях плотности и температуры парные (короткодействующие) столкновения совершенно неважны при определении свойств плазмы в течение таких коротких промежутков времени, как Ic1). Однако интервал временй, равный 1 с, намного больше периода плазменных колебаний, поэтому возникает важный вопрос: является ли равновесная конфигурация плазмы с магнитным удержанием устойчивой или нет? Многие из ранних попыток удержать горячую плазму магнитным полем не удались по той причине, что равновесная конфигурация магнитного поля, использовавшаяся в эксперименте, была неустойчивой и плазма быстро (в течение 1 мкс) выбрасывалась на стенки вакуумной камеры. С помощью теоретического анализа устойчивости, основанного на макроскопических гидродинамических уравнениях, удалось объяснить такое поведение плазмы. При этом было также показано, как создать равновесные конфигурации магнитного поля, которые были бы устойчивыми, по крайней мере настолько, насколько это можно определить с помощью гидродинамических уравнений. В настоящее время эксперименты подтвердили тот факт, что наиболее опасные (разрушительные) неустойчивости, названные гидромагнитными неустойчивостями, могут быть подавлены, если использовать соответствующие конфигурации магнитного поля. Тем не менее подавление этих неустойчивостей не привело сразу к успешному построению термоядерного реактора. Плазменная среда оказалась дьявольски изощренной в своей способности порождать другие неустойчивости, как правило менее опасные, чем те, с которыми уже удалось справиться, но все-таки достаточно серьезные, чтобы привести к потере плазмы за времена, меньшие, чем это допустимо для термоядерного реактора с положительным энергетическим выходом.

1J В приведенном примере время между столкновениями составляет 6*10-3 Ct — Прим. ред.
178

ГЛАВА 5

Хотя желание создать реактор управляемого термоядерного синтеза с положительным энергетическим выходом первоначально стимулировало огромный интерес к проблеме устойчивости плазмы, который не угас и поныне, эта причина изучения устойчивости плазмы не является единственной. Часть работ по устойчивости плазмы выполнена в области астро- и космофизики, где вопросы устойчивости плазмы играют роль в таких явлениях, как головной скачок в магнитосфере Земли, связанный с солнечным ветром, происхождение и свойства солнечных пятен, радиационные пояса ван Аллена, пульсары и т. д.1).

§ 1. ПРОБЛЕМА РАВНОВЕСИЯ

Уравнения для макроскопических гидродинамических переменных в случае бесстолкновительной плазмы имеют стационарные решения, которые характеризуют возможные равновесные состояния плазмы. Такие стационарные решения часто соответствуют квазиравновесным состояниям, в которых некоторые характеристики плазмы отличаются от термодинамически равновесных. Именно эти квазиравновесные состояния приходится исследовать на устойчивость.

Плазменные неустойчивости обычно изучаются с помощью теории возмущений. Применять такой подход имеет смысл только тогда, когда существует начальное квазиравновесное состояние плазмы, вблизи которого можно рассматривать малые отклонения. Если начальные возмущения нарастают, плазма называется неустойчивой. Нарастающие возмущения неизбежно изменяют свойства плазмы (плотность, температуру, степень однородности или изотропности и т. д.). Такие изменения могут привести к образованию нового равновесного состояния, которое окажется устойчивым по отношению к нарастанию моды, разрушившей исходное состояние.

Во многих плазменных экспериментах равновесное состояние никогда не устанавливается, так как промежуток времени, необходимый для создания плазмы, уже сравним с временем нарастания неустойчивости. Задача теории в таких случаях: состоит в том, чтобы оценить или постулировать, каким могло бы быть равновесное состояние, если бы все неустойчивости были подавлены, а затем проанализировать устойчивость такого модельного равновесия с целью предсказания свойств, которые можно было бы наблюдать в эксперименте. Кроме того, теоретическое изучение может ответить на вопрос, нельзя ли подавить наиболее опасные неустойчивости путем модификации опробованной равновесной конфигурации.
Предыдущая << 1 .. 69 70 71 72 73 74 < 75 > 76 77 78 79 80 81 .. 226 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed