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第八章第八章 MHDMHD不稳定性不稳定性 不稳定性的来源和分类 非热力学平衡状态 一类是等离子体的宏观参数 如密度 温度 压强等 热力学量的空间不均匀性 另一类是等离子体速度分布偏离平衡的麦克斯韦分布 自由能的释放 1 碰撞输运 2 不稳定性 集体运动 不稳定性总是一种减少自由能的宏观或者微观运 动 前一种原因导致的不稳定性 通常导致等离 子体以整体的形式发生运动 因此称为宏观不稳宏观不稳 定性定性 而且由于此种稳定性通常可以用MHD方程 进行分析 因此也称为MHDMHD不稳定性不稳定性 而后一种 原因导致的不稳定性称为微观不稳定性微观不稳定性 同时由 于其要用动力学方程进行研究而被称为动力学动力学 kinetickinetic 不稳定性 不稳定性 更常用的分类 驱动力 压力 电流 电阻 形态 气球 交换 扭曲 撕裂 位置 内模 表面模 外模 运行环境 需求 无壁 理想导体壁 电阻壁 性质 静电 电磁 不稳定性可以被完全抑制吗 不稳定性总是伴随着约束发生 没有必要要求抑制所有不稳定性 也并不都是 所有的不稳定性都具有同等的危险性 不稳定性的演化 线性 非线性 饱和 最危险的模 随时间增长快 空间结构宽 能 快速导致等离子体整体失去平衡 研究顺序 global local external internal ideal resistivity macro micro 研究不稳定性的方法 1 直观分析 2 线性化 p 220 221 x x0 x1 f f0 f1 f0 x0 f1 x0 f0 x1 2 f1 x1 简正模x1 x kexp i t ikr kr 能量原理 势能改变为正 则稳定 3 初值问题数值模拟 包含非线性信息 腊肠不稳定性 扭曲不稳定性 Rayleigh Taylor inst BE V dt xd g neV dt d Interchange inst 本质的原因是电荷分离 最小磁场稳定条件 平均最小场条件 然而完全最小场对于约束是不现实的 环形系统的交换稳定 Linearized ideal MHD 边界条件 等离子体与真空磁场边界 真空与导体边界 能量原理能量原理 先表面模后内部模 能量原理和简正模方法的等价 E 复杂几何位形 定性 MHD N 对称 定量 MHD kinetic Kink modeInterchange mode 扭曲 螺旋 不稳定性 不稳定条件不稳定条件 气球不稳定性 k 0对应槽纹不稳定性 平均最小场 k 0在坏曲率处由压力梯度驱动 稳定条件稳定条件 电阻不稳定性 微观机制 电子运动被碰撞阻碍了对电 荷分量的中和 能量机制 欧姆热耗散 包含 电阻气球模 电阻漂移不稳定性 电阻性槽纹不稳定性 撕裂模 磁面拓扑结构被破坏磁面拓扑结构被破坏 特征扩散时间特征扩散时间 R d2 环形系统中的MHD不稳定性 平均最
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