Когерентное нелинейное взаимодействие волн в плазме - Вильхельмссон Х.
Скачать (прямая ссылка):
Аналогичная ситуация имеет место и при нагреве плазмы высокочастотным излучением (в частности, излучением, частота которого близка к нижней гибридной частоте). Ожидается, что такой способ нагрева ионов будет эффективным в тороидальных установках, но в настоящее время далеко не ясно, в какой степени процесс нагрева будет зависеть от нелинейных эффектов. В проведенных лабораторных и численных экспериментах [15—17] нелинейные эффекты наблюдались, но только будущие исследования с излучениями большой мощности прольют дополнительный свет на эту проблему и помогут окончательно решить вопрос о влиянии различных процессов на нагрев плазмы.
В силу сказанного понятен интерес к проблеме взаимодействия мощного электромагнитного излучения с магнито.активной плазмой (гл. 20). В принципе метод связалных -волн, использованный в гл. 6 прн рассмотрении нелинейного взаимодействия волн, распространяющихся вдоль магнитного поля, пригоден также и в случае поперечного (а следовательно, и произвольного) распространения волн. Однако в гл. 20 с'иллюстративной целью используется иной метод, а именно параметрический подход,
14
в рамках которого исследуется взаимодействие сильной электромагнитной волны накачки, распространяющейся перпендикулярно к направлению магнитного поля, с необыкновенной волной (нижнегибридной или верхнегибридной) и другой обыкновенной волной. При этом учитывают не только динамику электронов и ионов (ионов водорода или его изотопов в термоядерной плазме), но также и влияние тяжелых примесных ионов с высокой степенью ионизации (например, ионов кислорода, углерода, молибдена). Наличие таких примесных ионов очень существенно сказывается на свойствах термоядерной плазмы из-за их высоких зарядовых чисел. В гл. 20 приведены выражения для инкрементов и порогов развития неустойчивости при взаимодействии рассматриваемого вида, а также обсуждается зависимость этих величин от расстройки частоты. В частном случае, при отсутствии магнитного поля, полученные выражения описывают вынужденные процессы рассеяния Мандельштама—Бриллюэиа и комбинационного рассеяния с учетом влияния примесей.
Формализм теории взаимодействия волиа — волиа применим также и для нелинейного взаимодействия двух волн с частицами плазмы. Это иллюстрируется в гл. 21, где показано, что нерезонансное взаимодействие двух волн с третьей при учете затухания •Ландау последней можно интерпретировать как взаимодействие волна — частица между первичными волнами и частицами, скорости которых совпадают с фазовой скоростью волны биений {нелинейное затухание Ландау).
Рассмотрение когерентного нелинейного взаимодействия волн завершается гл. 22, в которой затронут вопрос аномальной диффузии частиц плазмы, связанной с нелинейным возбуждением конвективных движений этих частиц.
Следует подчеркнуть, что главное внимание в книге уделено тому классу нелинейных явлений, который, по мнению авторов, не нашел до настоящего времени должного освещения в литературе. В последнее десятилетие выполнено также значительное число экспериментальных работ по нелинейному взаимодействию волн. Краткий обзор этих работ содержится в гл. 23.
Отметим также, что рассмотрение многих вопросов в книге тесно связано с такими интересными проблемами, как образование солитонов [18], флуктуации в плазме [19—24], турбулентность плазмы [3—5], но этим вопросам посвящено большое число работ, и поэтому мы почти не будем их касаться, за исключением краткого обсуждения проблемы образования солитонов в гл. 19. Вместе с тем в конце книги (гл. 24) приведены сводка основных направлений нелинейных плазменных исследований и весьма обширный список литературы, который включает работы по всему спектру современных проблем теории нелинейного взаимодействия волн в плазме, столь интенсивно развивающейся в последние годы [25—30].
Значительное внимание в современной физике плазмы уделяется проблеме стохастичности частиц и полей [31]. В связи
15
с этим полезно заметить, что простые уравнения трехволнового взаимодействия, которые подробно анализируются в настоящей книге, могут приводить к описанию таких характерных явлений стохастической природы, как бифуркация и странные аттракторы (см. с. 403—423 в [31]).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бломберген Н. Нелинейная оптика. М., Мир, 1966.
2. Галеев А. А., Сагдеев Р. 3. — В кн.: Вопросы теории плазмы. Вып. 7.
М., Атомиздат, 1973, с. 3.
3. Цытович В. Н. Нелинейные эффекты в плазме. М., Наука, 1967.
4. Davidson R. С. Methods in Nonlinear Plasma Theory. N. Y. — Lond., Acade-
mic Press, 1972.
5. Кадомцев Б. Б. — В кн.: Вопросы теории плазмы. Вып. 4. М., Атомиздат, 1964, с. 188.
6. Hasegawa A. Plasma Instabilities and Nonlinear Effects. Berlin—Heidelberg, Springer, 1975.
7. Krasa J., Pekarek L., Perkin R. M. — In: Proc. XII Intern. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. Eindhoven, 1975, p. 121.
8. Forslund D. W., Kindel J. М., Lindman E. L. — Phys. Rev. Lett., 1973, v. 30, p. 739.
