Турбулентна дифузія - фізична енциклопедія

Турбулентної дифузії п л а з м и - різновид аномальної дифузії плазми, яка полягає в аномально швидкому перенесенні енергії і маси речовини плазми під дією ел - магн. флуктуації з щільністю енергії, значно перевищує теплової рівноважний рівень. Швидкість Т. д. Істотно залежить від кореляції руху частинок плазми з флуктуаціями. ел - магн. полями. Т. д. Викликає аномально швидкі переноси як в лаб. плазмі (токамаки, стелараторі і ін. плазмові установки), так і в космічній (сонячний вітер, навколоземна ударна хвиля. міжзоряний іонізований газ і т. д.).

Визначальне значення у виникненні Т. д. Мають низькочастотні коливання іонів циклотронна частота), що з'являються внаслідок разл. неустой-тична. У відносно спокійною плазмі, в якій великомасштабні магнітогідродінаміч. нестійкості стабілізовані, аномальний перенос пов'язують з м і до р про з до про п і ч е с ь к о ї турбулентністю плазми, характерні просторові масштаби к-рій значно менше характерних розмірів плазми. Т. д. Може виникати за рахунок електростатіч. і магн. флуктуації. Типовим джерелом надтеплових низькочастотних флуктуації в лаб. і космічних. плазмі є дрейфові нестійкості, пов'язані з діамагн. струмом, що виникають в неоднорідній плазмі поперек магнітного. поля і градієнта щільності (див. Дрейф заряджених частинок).

Під дією е л е к т р о с т а т и ч. Д р е й ф о в и х в о л н поперек утримує плазму магн. поля створюється пор. потік частинок

де -флуктуаціі щільності частинок і напруженості електричні. поля, пов'язані з дрейфовими коливаннями; D - коеф. Т. д. З урахуванням типової амплітуди насичення дрейфовой нестійкості (а - характерний розмір поперечної неоднорідності щільності, -хвильової число) коеф. Т. д. Плазми на електростатіч. дрейфовий хвилях має значення

Тут g- інкремент нестійкості, а характерне значення - швидкість іонного звуку. У разі дрейфово-дисипативної нестійкості звідси випливає коеф. Бома дифузії.

Поперечний аномальний тепловий потік часток даного сорту на електростатіч. дрейфовий хвилях

де-флуктуації тиску, c-коеф. турбулентної теплопровідності плазми.

У плазмі досить великого тиску [коли можуть збуджуватися ел - м а г н.

д р е й ф о в и е в о л н и. Обумовлені ними флуктуації магн. поля, перпендикулярні осн. магн. полю, призводять до доповнить. поперечному переносу частинок і тепла. Аномальний пор. потік частинок за рахунок ел - магн. флуктуації є

Тут -флуктуаціі електронного струму. В цьому випадку поперечний аномальний тепловий потік дорівнює

де -флуктуаціі темп-ри, ea -заряд частинок сорту a. Потік пов'язаний з тепловим рухом частинок уздовж флуктуючих магн. силових ліній. У гидродинамич. режимі

(Коеф. Класичні. Поздовжньої теплопровідності). У біс-зіткненнях. режимі, коли, напр. довжина вільного пробігу електронів le більше поздовжньої довжини кореляції Lc флуктуації магн. поля, коеф. температуропроводности електронів ce за рахунок флуктуації магн. поля дорівнює

причому аномальний перенос пов'язаний зі стохастизації магн. силових ліній. У сільнотурбулентной плазмі, коли виконана умова пропорц. амплітуді магн. флуктуації:

Джерелом магн. флуктуації можуть бути і ін. нестійкості плазми, напр. тірінг-неустойчівост'.

Зазвичай в плазмі одночасно розвивається цілий ряд мікронеустойчівостей, кожна з яких брало дає свій вклад в аномальний перенос, причому різний в разл. областях плазмового обсягу. Напр. в токамаке на краях плазмового обсягу осн. внесок в аномальний перенос дають електростатіч. флуктуації, а в центр. області плазми-магнітні. Коеф. Т. д. В токамаках результати експерименту і теорії співпадають.

Крім Т. д. Перенос енергії в плазмі може бути пов'язаний з неоднорідністю утримує плазму магн. поля, т. к. в цьому випадку частина замкнених частинок плазми (див. Магнітні пастки) може рухатися крім дрібномасштабного ларморовского обертання по великомасштабним замкнутим дрейфовим орбітах. У токамаках такі орбіти зв. бананами, а пов'язана з ними дифузія - бананової або н е о к л а с з і ч е с ь к о ї. В експериментах на токамаках дифузія електронів завжди аномальна, а дифузія іонів буває і неокласичної.

Прикладом Т. д. Є дифузія в міжзоряному середовищі. Осн. джерелом енергії цієї турбулентності служать вибухи наднових зірок. для яких брало характерно, що щільність енергії магнітного. поля порядку щільності кине-тич. енергії іонізованого газу. Турбулентність є магнітогідродинамічної, а Т. д. Зв. магнітної. Для типових параметрів міжзоряного турбулентності l

10 км / с коеф. магнітної Т.Д. Настільки високе значення Dм показує, що великомасштабні галактичного. магн. поля не можуть мати реліктове походження, оскільки відносно швидко, за час

10 8 років, вони повинні бути зруйновані магнітної Т. д. До-раю призводить до їх виносу з центр. частини на периферію спіральних галактик.

Н. С. Єрохін, А. К. Некрасов.