Перестановочная, или желобковая, неустойчивость

Простейшая разновидность гидромагнитной неустойчивости возникает тогда, когда плазма, внутри которой нет магнитного поля, соприкасается с магнитным полем в свободном пространстве. Если  уменьшается при удалении от границы плазмы, то плазме энергетически выгодно поменяться местами с магнитным полем. Такую неустойчивость называют перестановочной, потому что возникающее движение можно описывать как перестановку в пространстве силовых линий. Возмущения поверхности имеют вид желобков, направленных вдоль силовых линий. Поэтому иначе эту неустойчивость называют желобковой. Плазма как бы раздвигает силовые линии магнитного поля и просачивается в промежутки между ними.

Существуют два простейших способа стабилизации плазмы по отношению к желобковой неустойчивости. Во-первых, если концы силовых линий вморожены в твердые проводники, то перестановочная неустойчивость невозможна. Во-вторых, необходимо создать внутри плазмы стабилизирующее магнитное поле, направленное под углом к внешнему (проще всего – перпендикулярное ему). Тогда у поверхности раздела образуется нечто вроде плетёной сетки. Эта "корзина" не даёт плазме просачиваться.

Резкая граница между плазмой и пустым пространством может существовать стационарно только для идеально проводящей плазмы. Если учесть конечную проводимость, то границу можно считать резкой только за время, малое по сравнению со скиновым. В дальнейшем диффузия магнитного поля приводит к размытию границы плазмы.

Если внутри плазмы нет стабилизирующего поля, то перестановка местами плазмы и магнитных силовых линий тем выгоднее энергетически, чем резче граница. В этом случае размытие границы стабилизирует плазму. Но при наличии в плазме стабилизирующего поля, перпендикулярного внешнему, размытие границы оказывает противоположное действие. В этом случае диффузия магнитного поля приводит к перемешиванию взаимно перпендикулярных полей. В зоне размытия вместо "сетки" получается винтовое поле. Между винтовыми силовыми линиями плазма может просачиваться. Получающиеся возмущения имеют вид винтовых желобков, направленных вдоль винтовых силовых линий. Желобковая неустойчивость препятствует удержанию плазмы в адиабатических ловушках с магнитными пробками (зеркалами). В области перехода от постоянного основного к более сильному пробочному полю силовые линии неизбежно выпуклы наружу. В этой области языки плазмы просачиваются между желобками, растянутыми вдоль силовых линий, что приводит к уходу плазмы на стенку. Для борьбы с желобковой неустойчивостью предлагается "примораживать" концы силовых линий к металлическим проводникам.