Введение к работе
і - Актуальность проблемы. Одним из главных препятствий на пути
осуществления управляемого термоядерного синтеза с использованием принципа магнитного удержания плазмы является аномальная диффузия частиц и тепловой энергии плазмы поперек магнитного поля. Явление аномальной диффузии по современным представлениям связано с развитием турбулентного состояния плазмы, которое возникает в результате возбуждения в плазме различного рода неустойчивостей. В связи с этим изучение неустойчивостей и порождаемого ими турбулентного состояния плазмы является важнейшей задачей физики плазмы.
В случае слабо неоднородной замагниченной плазмы анализ линейной и нелинейной стадий неустойчивостей проводится, как правило, на основе исследования возбуждения и взаимодействия синусоидальных волн. Однако, использование такого набора элементарных возмущений может оказаться недостаточно корректным при исследовании турбулентного состояния радиально неоднородной или вращающейся плазмы. Причиной этого является то, что собственные волны, возбуждающиеся в такой плазме, оказываются цилиндрическими волнами, которые отличаются от плоских синусоидальных возмущений сильно неоднородным распределением амплитуды в пространстве. При этом, естественно, и нелинейное взаимодействие таких волн должно отличаться от нелинейного взаимодействия синусоидальных возмущений. Поэтому исследование зфіїїєктов нелинейного взаимодействия цилиндрических волн и проведение нелинейного анализа неустойчивостей, возбуждающихся в радиально неоднородной или вращающейся плазме, является актуальной задачей, имеющей ряд важннх приложений.
Целью работы является построение общего формализма слабо-нелинейных взаимодействий мелкомасштабных цилиндрических волн и исследование на этой основе нелинейной стадии неуотойчивоо-тей радиально неоднородной вращающейся плазмы.
Научная новизна. На основе модели радиально неоднородной и вращающейся плазмы впервые:
-
Разработан формализм теории слабых нелинейных взаимодействий цилиндрических волн. На этой основе построено основное уравнение теории слабой турбулентности - кинетическое уравнение для интенсивности цилиндрических волн.
-
Построена теория сильной турбулентности мелкомасштабных цилиндрических волн, учитывающая механизм уширения резонаясов.
-
Исследованы процессы нелинейной эволюции и насыщения кинетических
ионной циклотронной неустойчивости вращающейся плазмы
дрейфово-циклотронной неустойчивости радиально неоднородной плазмы
дрейфовой неустойчивости радиально неоднородной плазмы.
4. Исследованы процессы аномальной диффузии и турбулентного
нагрева плазмы, обусловленные возбуждением в плазме мелкомас
штабных цилиндрических дрейфовых и дрейфово-циклотронных волн.
Научная и практическая значимость работы. Полученные результаты исследования эволюции спектров кинетических ионных циклотронных и дрейфовой неустойчивостей радиально' неоднородной и вращающейся плазмы, а также проведенные оценки уровней насыщения этих неустойчивостей и коэффициентов аномальной диффузии плазмы представляют интерес для экспериментов по нагреву и удержанию плазмы в прямых магнитных ловушках, в исследованиях по разделению изотопов и химических элементов в плазмен-
ных центрифугах.
Построенная в диссертации в асимптотическом пределе k.ARa>,. 01» і теория слабых нелинейных взаимодействий цилиндрических волн ж частиц нэ ограничена рассмотрением только ионных циклотронных и дрейфовой неустойчивостей, а является общей основой для исследования нелинейной отадии кинетических неустойчивостей радиально неоднородной вращающейся плазмы.
Основные положения, выносимые на зашиту.
-
Формализм теории слабонелинейных волновых процессов с участием мелкомасштабных цилиндрических волн, возбуждающихся в радиально неоднородной вращающейся плазме. Нелинейное динамическое уравнение для компонента преобразования Фурье-Бесселя возмущенного потенциала.
-
Основное уравнение теории слабой турбулентности радиально неоднородной плазмы - уравнение для спектральной интенсивности мелкомасштабных цилиндрических волн.
-
Перенормированные дисперсионное и квазилинейное уравнения, учитывающие эффект уширения резонансов вследствие блуждания частиц в электрическом поле цилиндрических волн со случайными фазами.
-
Результаты анализа нелинейной эволюции и насыщения кинетических ионной циклотронной яеустойчігвости вращапцейея плазмы, дрейфово-циклотронной неустойчивости, низкочастотной дрейфовой неустойчивости.
-
Проведенные на основе квазилинейного и перенормирован-ного квазилинейного уравнений исследования турбулентного нагрева и аномальной диффузии частщ при возбуждении в радиально неоднородной вращающейся плазме кинетических неустойчивостей.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались
на 14 Всесоюзном семинаре по параметрической турбулентности и нелинейным явлениям в плазме (Москва, 17 - 19 октября 1990 г.), на семинарах ХФТИ АН УССР, ФШШ СССР им. П.А.Лебедева, ИЯИ АН УССР.
. Структура и объем диссертации,. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и двух приложений. Она содержит 118 страниц, включая 8 рисунков. Список литературы содержит 62 наименования.
