Когерентное нелинейное взаимодействие волн в плазме - Вильхельмссон Х.
Скачать (прямая ссылка):
Бесстолкновительным ударным волнам посвящено много работ [16—22]. В магнитосферных исследованиях было получено первое убедительное доказательство существования ударных волн, образующихся при втекании потока плазмы, имеющего сверхзвуковая скорость (солнечный ветер), в магнитное поле Земли [16]. В 1965 г. появились первые сообщения [17—19] о лабораторных экспериментах по бесстолкновительным ударным волнам в плазме. С тех пор это направление быстро развивается
196
и в настоящее время представляет собой особую дисциплину со своим предметом исследования [20—22], в которой многое уже понято благодаря интенсивной аналитической, вычислительной и лабораторной работе; в частности, продемонстрировано большое значение для рассматриваемого явления нелинейных (аномальных) эффектов (см. обзор [22], посвященный этой проблеме).
В 1967 г. появился ряд работ, посвященных плазменно-волновому эхо [23—29]. Соответствующий эксперимент, сводящийся к смешению двух продольных волн с различными частотами, подтвердил указанную еще в работе Ландау характерную особенность бесстолкновительного затухания, которая заключается в том, что частицы не утрачивают информации о возбуждении даже при полном затухании волны (см., например, [28]). В эксперименте две волны с различными частотами возбуждались в разных точках плазмы и сигнал разностной частоты (эхо) наблюдался в некоторой третьей точке, расположенной на большом (по сравнению с длиной затухания Ландау) расстоянии от первых двух точек. Эховый сигнал возникал при надлежащем выборе точки наблюдения вследствие наличия нелинейной связи.
Значительное внимание в физике плазмы уделяется флуктуа-ционным явлениям [30—39]. Центральное место в расчетах флук-туационных спектров занимают флуктуационно-диссипативная теорема и функции линейного отклика. В последние годы теория флуктуаций обобщена на случаи турбулентной плазмы [31, 32], параметрического воздействия мощного излучения на плазму [33—38], плазмы с активными молекулами [39] и т. п.
Интенсивно разрабатывается проблема турбулентности плазмы [40, 41] и ее приложения к исследованию лабораторных [40] и астрофизических [42] явлений. Подход к этой проблеме основан, естественно, на использовании приближения случайных фаз. Для астрофизических приложений особый интерес представляет возможность статистического ускорения частиц в турбулентной плазме [42—44]. Что же касается лабораторных экспериментов, то в них главное внимание продолжают уделять проблеме аномального сопротивления [45—48]. Сейчас, однако, твердо установлено, что для достижения желаемого уровня температур в термоядерных установках требуются, помимо джоулева, и другие механизмы нагрева (такие, например, как нижнегибридный резонанс или инжекция пучков частиц в плазму).
Многочисленные работы по параметрическим процессам [49— 56], взаимодействию пучков частиц и лазерного излучения с плазмой, а также по связи волна — частица уже упоминались в гл. 23 и здесь необходимо лишь еще раз подчеркнуть их большое влияние на общее развитие нелинейной физики плазмы. Отметим дополнительно некоторые новые результаты по нелинейному проникновению электромагнитных волн в плазму и нераспадному механизму диссипации их энергии [57], нелинейной деформации нижнегибридного конуса [58], влиянию ленгмюровской турбулентности на стимулированное рассеяние Мандельштама —
197
Бриллюэна [59] и влиянию стохастических эффектов на параметрическую связь [60, 61].
Большое значение для физики плазмы в целом и ее приложений к исследованию потоков космической плазмы в окрестности Земли и планет имеет проблема нестационарного нелинейного обтекания разреженной плазмой различных материальных объектов. В связи с этим интенсивно исследуется нелинейная динамика разреженного ионизованного газа [62].
Активно исследуются ленгмюровские солитоны и сильная турбулентность. Ленгмюровская турбулентность имеет тенденцию к «конденсации» волн в пространстве волновых чисел, которая приводит к их локализации в длинноволновой области спектра, где линейное затухание мало [63—72]. Это, в свою очередь, вызывает трехмерную фокусировку ленгмюровских волн и появление локальных сингулярностей амплитуд. В результате в плазме могут образовываться области пониженной плотности (каверны), которые играют роль своеобразных резонаторов для ленгмюровских волн. За конечное время каверны коллапсируют до размеров, характерных для пересечения траектории электронов [63]. Коллапс каверн приводит к сильной диссипации энергии длинноволновых ленгмюровских колебаний и в связи с этим играет важную роль в теории ленгмюровской турбулентности.
Отметим, что коллапс можно рассматривать как нелинейную стадию развития ранее исследованных неустойчивостей в системах ленгмюровских и ионно-звуковых волн [65]. Для коллапса ленгмюровских волн характерно наличие порогового значения амплитуды, которое зависит от спектра колебаний и не может быть найдено в рамках приближения случайных фаз. Для его определения разработана специальная процедура усреднения по «быстрому времени» [63].
