Неустойчивость пинча

Если через плазму пропускать электрический ток, то в этом случае линии индукции магнитного поля будут иметь форму колец, охватывающих плазменный шнур. Если поместить этот плазменный шнур в трубу, движение частиц плазмы вдоль поля не будет иметь никакого значения, а чтобы добраться до стенок трубы частицам плазмы придется двигаться поперек магнитного поля, так что магнитное поле надежно изолирует плазму от стенок. Так как плазма имеет электрическое сопротивление, ток, текущий по плазме, будет нагревать её. Чем сильнее ток, тем сильнее нагреваться плазма. Одновременно возрастает и давление магнитного поля, удерживающего плазму. При достаточно большом токе давление магнитного поля может превысить давление плазмы, и шнур начнет сжиматься. Это явление называется пинч-эффектом. Слово "пинч" используется для обозначения разряда, сжимающегося под действием собственного магнитного поля. Его впервые предложил в 1937 году американский физик Тонкс ("пинч" — по-английски сжимать, прищемлять).

Неустойчивость плазменного пинча имеет ту же природу, что и неустойчивость всякого гибкого проводника, вдоль которого течет ток. Вокруг прямого проводника имеется круговое магнитное поле, напряженность которого уменьшается обратно пропорционально расстоянию от оси. Силовые линии этого поля везде выпуклы наружу, их центр кривизны лежит на оси, то есть внутри плазмы. Из общего энергетического принципа следует, что если внутри плазмы нет магнитного поля (полное скинирование), то пинч должен быть неустойчив по отношению к конвективным движениям.

Рисунок 3 – Объяснение неустойчивости пинча с учетом магнитного давления

Представим себе малое возмущение, состоящее в том, что шнур изогнулся. Во впадине силовые линии сгустятся, с противоположной стороны – разрядятся (рис. 3). В результате напряженность магнитного поля и магнитное давление будут внутри впадины возрастать и изгибать шнур ещё сильнее. Расчет показывает, что возникают деформации разных типов. Для классификации этих деформаций удобно воспользоваться азимутальным числом m, показывающим, сколько раз направление деформации меняет знак деформации при обходе окружности пинча. Числу соответствует деформация типа "шейки", – типа "змейки".