Введение к работе
Актуальность работы. В последнее время, в связи с программой по созданию УТС, центральное место в;физике плазмы занимают вопросы, связанные с взаимодействием лазерного излучения с веществом /I/. Наибольшие опасения в таких экспериментах вызывают спонтанно возбуждаемые сильные магнитные поля (от 10 до нескольких десятков МГс) /1,2/.
При этом спонтанные магнитные поля оказывают существен-, ное влияние на гидродинамику сжатия мишени и тем самым ухудшают режим сжатия и нагрева плазмы. Исследование влияния магнитных полей на перенос заряженных частиц в лазерной плазме представляет интерес для задач диагностики этой плазмы /I/. Для объяснения происхождения спонтанных полей предложено множество различных механизмов генерации, которые могут проявляться одновременно. Поэтому, выделение одного из них представляет собой довольно сложную задачу. Перспективным направлением здесь является нахождение максимальной амплитуды возбуждаемого поля и механизмов ее насыщения, т.е. построение нелинейной теории генерации магнитных полей в плазме.
Не менее важное, фундаментальное и практические значение имеет вопрос о происхождении магнитных полей в астрофизике.
Основная проблема, с которой сталкивается теория турбулентного динамо /3/, состоит в происхождении "затравочных" (или первоначальных) магнитных полей. Наибольшее развитие получили механизмы генерации первоначальных полей за счет "внутренних" источников космического объекта, благодаря которым возникают неоднородности химического состава, температуры и т.д. Однако, при построении самосогласованной нелинейной теории генерации магнитных полей здесь имеются трудности, связанные с отсутст- ,
виєм необходимых экспериментальных данных о строении космических тем, и о процессах там происходящих.
Основной целью работы является исследование:
-
Процессов генерации магнитных полей в неоднородных плазменных сведах тепловыми механизмами;
-
Нелинейных эффектов при васпвостванении ЭМД волн в слабонеодноводной плазме для целей ее диагностики;
-
Возможности геневации магнитного поля в слабойонизо-ванной плазме с везкой гваницей;
-
По влиянию внешних шумов на спонтанную генерацию магнитных полей;
-
Нелинейной стадии вазвития тевмомагнитной (ТМ). Неустойчивости в одномевно неодноводной плазме конечной пвоёодимо-сти;
-
Возможности установления стохастического вежима в про-цессе вазвития электвонной магнито-двейфовой (ЭМД) неустойчивости в ограниченной сильно ионизованной плазме.
Научная новизна работы. В результате пвоведенного в работе теоветического исследования процессов геневации магнитных полей в неодноводных плазменных сведах впервые:
получены дисперсионные соотношения для ТМ и МД ветвей колебаний на основе метода ВКБ в электронной МГД для слабоиони' зованной плазмы в пределах плавной и резкой неоднородности;
получены выражения для инкремента и частоты колебаний ТМ возмущений в неоднородных металлических средах (с плоской и сферической геометвией) соответственно в пределах низкой и высокой проводимости;
получено увавнение КдФ для слабонелинейных ЭМД волн в слабонеодноводной плазме;
получены эволюционные уравнения для огибающих ЭМД волн,
васпвостванящихся в слабонеоднородной плазме;
рассмотрено резонансное взаимодействие ЭМД волн и получен двумерный вавиант увавнений трехволнового резонанса;
получено нелинейное увавнение для эволюции магнитного поля, возбуждаемого в результате вазвития ТМ-неустойчивости в одномевно неодноводной плазма конечной проводимости;
получена нелинейная система двумевных увавнений для магнитных и тепловых возмущений в ограниченной полностью ионизованной плазме с диссипацией и на линейной стадии получены условия, при котовых обвазуются МД-структуры типа конвективных ячеек;
получена система дифференциальных увавнений типа Лорен-ца, позволяющая проследить последовательность бифуркаций и возможно переход к стохастическому режиму.
Научная и практическая ценность работы.
Развитая в диссертации теория генерации магнитных полей в неоднородных пзалменных средах может быть использована для описания физических процессов генерации поля как в лабораторной, так и в космической плазме. Полученные результаты имеют важное значение для понимания картины распространения нелинейных ЭМД волн в неоднородной плазме. Рассмотренные вопросы по нелинейной стадии развития ТМ и МД-неустойчивостей важны для понимания физических процессов самоорганизации, а также при оценке максимального'уровня возбуждаемого поля.
Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:
I. Магнитные поля могут эффективно возбуждаться в слабо-неодноводной ( / ») ) и высокотемпературной (я
= іУте.СОрг/їе* Z ^ 1 ) плазме в результата развития ТМ-неустойчивости.
-
Генерация магнитного поля возможна в результате развития МД-неустойчивости (конвективный перенос тепла) в низкотемпературной ( Ецт< 1 ) плазме с резкой границей.
-
В слабонеоднородных металлических средах происходит генерация магнитных полей при коллинеарных градиентах температуры и удельной термо-эдс, а также за счет эффекта Нернста.
-
Развита теория для описания нелинейных явлений ЭВД волн при помощи метода многомасштабных разложений и редуктив-ной теории возмущения.
-
На нелинейной стадии развития ТМ-неустойчивости в одномерно неоднородной плазме конечной проводимости образуются диссипативные структуры, локализующие магнитную и тепловую энергию.
-
В результате развития ЭМД-неустойчивости в ограниченной плазме образуются конвективные ячейки и возможно, что дальнейшее увеличение надпороговости системы приводит к зарож^ дению турбулентности, после ряда бифуркаций.
Апробация работы,. Материалы диссертации обсуждались на семинарах кафедры теоретической физики и астрофизики ТГУ им. В.И.Ленина, на кафедре общей и прикладной физики и кафедре фи зики плазмы ХГУ им.А.М.Горького, а также докладывались на УІ Всесоюзной конференции "Взаимодействие электромагнитных излуч ний с плазмой"(Душанбе,1991) и Всесоюзном семинаре "Плазменна электроника"(Харьков,ГЭ88),на Международной рабочей группе по нелинейным явлениям и турбулентным процессам в физике(Киев,19
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 7 работах.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 121 страни це машинописного текста, содержит список литературы из 104
наименований.
