电浆不稳定性【电浆不稳定性】因固有的或外来的微扰随时间增长而使处于平衡态的电浆形状发生畸变或使其进入湍流态的物理过程或物理现象 。在高温电浆中，由于带电粒子间及其与电磁场间複杂的相互作用，使电浆的固有微扰或外来微扰在一定条件下能迅速模式来称呼不稳定性 。有时不同模式指不同的物理特性，如理想模、电阻模、静电模、电磁模等；有时，以不同的空间结构来区分不同的模，并用他们的傅立叶分解指数来做模的标记 。电浆不稳定性可分为巨观（又称磁流体）不稳定性及微观（粒子动力学）不稳定性两大类 。
简介约束于磁场中的电浆并非处于热力学平衡态 。经过一定时间，粒子间的碰撞才使之趋向粒子密度均匀和温度均匀的热力学平衡态 。除了碰撞之外，电浆的不稳定性有时也是使它以更快速率趋向平衡的另一过程 。不稳定性因其发展区域的尺度不同而有差别 。在远大于粒子拉莫尔半径和电浆的德拜长度等微观尺度上发展的不稳定性，称为巨观不稳定性 。在微观尺度上发展的不稳定性，称为微观不稳定性 。急剧的不稳定性往往破坏约束，导致电浆的逃逸 。因此，在受控聚变研究中，要提出各种複杂的磁场位形，提高约束能力，以解决不稳定性问题 。巨观不稳定性巨观不稳定性为电浆中的巨观电流所驱动，或为电浆向弱磁场区膨胀时所释放的自由能所驱动 。它的机制可用磁流体理论来分析，故亦称磁流体不稳定性 。巨观不稳定性的类型不胜枚举，现举其主要的几类 。互换不稳定性电浆在某些方面很像普通流体 。例如有一层重流体倾注在轻流体上面，开始时可有一个分界面 。当分界面受到扰动时，面上出现随时间增长的波纹，重流体因重力作用而下沉，与轻流体互换位置 。在流体力学中，这个现象称为瑞利-泰勒不稳定性 。同样类型的不稳定性，可发生于电浆和凹向电浆的磁场的界面上 。因为在力线弯曲的磁场中，带电粒子沿力线运动时受到的离心力，可用重力来比拟，因此电浆起着重流体的作用，而磁场起着轻流体的作用 。当界面受扰动时，相邻的磁力管连同其上的电浆互相调换位置，故这类不稳定性称为互换不稳定性 。又因这种扰动顺着磁力线发展，扰动面呈现槽纹形式如图1所示，故又称为槽纹不稳定性 。电浆不稳定性 理论上曾指出，如果力线凹向电浆，磁场离电浆减弱，不利于稳定 。这样弯曲的力线曲率是坏曲率 。反之，如果力线凸向电浆，磁场离电浆方向增强，有利于稳定 。这样弯曲的力线曲率是好曲率 。在磁镜装置上配置四根电流方向交替反向的导体，磁力线曲率就具有好曲率的性质，磁场强度沿径向增强，电浆中心的磁场成为最小，通常称作极小磁场，成功地抑制磁镜中的互换不稳定性 。在环形装置中，磁力线组成一个套一个的环形磁面 。环的内侧是好曲率区，其外侧是坏曲率区 。磁场线圈的配置，力求使磁场按平均具有优势的好曲率，使约束电浆的区域成为平均极小磁场，对扰动起着重要的稳定作用 。不同磁面之间，磁场取向各异，互相交叉成磁剪下，对扰动也起着强的稳定作用 。可见，环形系统中，互换不稳定性是否能抑制，取决于坏曲率区和其他因素如压强梯度等的去稳作用与好曲率区和磁剪下的稳定作用之间的竞争 。
文章插图
电浆不稳定性气球模不稳定性对于互换不稳定性，扰动的波矢平行于磁场的分量为零 。在平均极小磁 场中，虽然波矢的平行分量为零的互换模可抑制，但波矢的平行分量不为零的扰动模可能仍然是不稳定的 。当电浆的压强足够大时，在坏曲率区增长的扰动即是此类不稳定性，称为气球模不稳定性，如图2所示 。对于电阻率为零的电浆，电浆的比压