Важное значение для плазмы имеют явления неустойчивости.
В случае плазмы или вообще проводящей жидкости становится возможным новый вид конвективной неустойчивости, который называют магнитогидродинамической или гидромагнитной неустойчивости. Ярче всего эта неустойчивость проявляется, когда хорошо проводящая плазма, внутри которой нет магнитного поля, граничит с пространством, в котором есть магнитное поле. В тонком слое у поверхности плазмы магнитное поле резко меняется от нуля до значения во внешнем пространстве. Следовательно, в этом слое должен течь поверхностный ток. Такой поверхностный токовый слой называют скин-слоем, а плазму, ограниченную им, – скинированной. Если внутри плазмы совсем нет магнитного поля, это будет случай полного скинирования, и плазму и внешнее магнитное поле можно рассматривать как две намагничивающиеся жидкости. Если их взаимное расположение энергетически невыгодно, то может возникнуть конвективная неустойчивость. Силой, вызывающей конвективное движение, в этом случае будет магнитная сила – натяжения магнитных силовых линий.
Силовая линия, подобно струне, стремится сократиться, то есть занять положение, в котором длина её минимальна. Пусть полностью скинированная плазма отделена от магнитного поля выпуклой поверхностью раздела. Такая конфигурация энергетически невыгодна, так как силовые линии растянуты. Допустим, что магнитное поле и плазма поменялись местами. Силовые линии сократились, энергия поля уменьшилась, а энергия 
плазмы осталась прежней. Новое состояние энергетически выгоднее. Следовательно, полностью скинированная плазма с выпуклой поверхностью без вмороженного внутрь магнитного поля неустойчива. Эта неустойчивость конвективная.
То же явление можно описывать по-другому. Плазма, внутри которой нет магнитного поля, диамагнитна, то есть стремится двигаться в сторону уменьшения напряженности внешнего поля. Если силовые линии выпуклы наружу, то плотность их (
) уменьшится в том же направлении. Следовательно, полностью скинированные конфигурации, у которых магнитное поле ослабевает с удалением от плазмы, неустойчивы.
Мы рассмотрели неустойчивость с точки зрения энергетического принципа, который гласит, что система стремится перейти в состояние с наименьшей возможной энергией.
Можно применить для объяснения неустойчивости метод возмущений. В идеальной плазме, в которой отсутствуют процессы диссипации, всякое возмущение в области устойчивости приводит к простым гармоничным колебаниям поверхности плазмы, которые подобны волнам на воде. Конечная проводимость, вязкость и другие диссипативные процессы делают колебания затухающими. В области неустойчивости характер движения зависит от формы начального возмущения. Если возмущение вытянуто поперек силовых линий, то оно приводит к таким же поверхностным колебаниям, как и в области устойчивости (рис.1). Если возмущение вытянуто вдоль силовых линий, то оно раздвигает силовые линии и неограниченно апериодически нарастает.
Скорость нарастания возмущения тем больше, чем меньше длина волны (она обратно пропорциональна корню квадратному из длины волны).
Рисунок 1 – Возмущение, вытянутое поперёк магнитных силовых линий:
а – концы силовых линий свободны; б – концы силовых линий вморожены
 |
Рисунок 2 – Возмущение, вытянутое вдоль силовых линий
Поможем написать любую работу на аналогичную тему