АНОМАЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПЛАЗМЫ

Аномальное сопротивление плазмы - Cопротивление, связанное с развитием различных токовых неустойчивостей и возникающее, когда плотность тока в плазме превышает некоторую критическую величину. Аномальное сопротивление плазмы связано только с гибридными электрон-ионными неустойчивостями и по величине существенно превышает обычное классическое сопротивление за счет парных электрон-ионных соударений. Критическая плотность тока j, при которой возникает аномальное сопротивление, обычно выражают через пороговое значение дрейфовой скорости электронов (е - заряд электрона, n - их плотность). Наличие дрейфовой скорости у электронов означает, что электронное распределение по скоростям сдвинуто на величину относительно ионного, что и приводит к неустойчивости. Вследствие этой неустойчивости электроны, кроме потери импульса при парных столкновениях, теряют его и при излучении колебаний (волн). Эти колебания поглощаются ионами и передают им свой импульс. Т. о., так же как и при парных столкновениях, происходит передача импульса от электронов к ионам, однако в данном случае она имеет коллективную природу, т. к. осуществляется посредством возбуждаемых при неустойчивости колебаний и волн. Иногда значение дрейфовой скорости, при которой возникают неустойчивость и аномальное сопротивление, чрезвычайно мало. Например, в плазме без магнитного поля минимальное значение скорости , при которой возникает ионно-звуковая неустойчивость (см. Неустойчивости плазмы), существенно меньше тепловой скорости электронов и фактически совпадает со скоростью ионного звука в плазме (Te - температура электронов, М - масса ионов). Ионно-звуковая неустойчивость представляет собой раскачку продольных электростатических колебаний в плазме с "горячими" электронами и "холодными" ионами (). При приближении к тепловой скорости электронов ионно-звуковая неустойчивость плавно переходит в неустойчивость Бунемана. В плазме, помещенной в магнитное поле, возможны токовые неустойчивости с очень низким порогом , значительно меньшим тепловой скорости ионов. Эти неустойчивости возникают, когда ток течет поперек магнитного поля (неустойчивость Драммонда-Розенблюта, неустойчивость нижнегибридных колебаний). Основной проблемой в теории аномального сопротивления является установление связи между линейной теорией токовых неустойчивостей и их различными нелинейными характеристиками. Наиболее употребительной нелинейной характеристикой токовых неустойчивостей является эффективная частота рассеяния электронов колебаниями при нелинейном насыщении роста неустойчивости. Для ионно-звуковой неустойчивости, которая играет центральную роль в теории аномального сопротивления, , где - плазменная электронная частота, - тепловая скорость электронов, m - масса электронов. Величина аномальной проводимости связана с обычной формулой электропроводности плазмы . Основные трудности в теории аномального сопротивления связаны с тем, что вследствие квазилинейной деформации функций распределения электронов и ионов величины , , уже не имеют своего обычного смысла. При исследовании деформации ионного распределения весьма эффективным оказывается использование т. н. двухтемпературного приближения, т. е. разбиения ионов на две группы - "холодные" ионы, не меняющие своего распределения по скоростям, и "хвост" ионной функции распределения, ускоряемый за счет взаимодействия с колебаниями. Характерные скорости таких ионов , и доли их в ионном распределении пропорциональна . Они создают столь эффективное затухание ионно-звуковых колебаний, что при небольших напряженностях электрического поля дрейфовая скорость электронов не превышает пороговой скорости ионно-звуковой неустойчивости, которая в этих условиях составляет величину . Такая ситуация имеет место при наличии хотя бы слабого магнитного поля, перпендикулярного току, когда за счет ларморовского вращения происходит перемешивание электронов. Если же магнитное поле параллельно току или вообще отсутствует, то перемешивания не происходит и появляются "убегающие" электроны, ускоряемые электрическим полем. Точное решение задачи о динамике распределения "убегающих" электронов не получено. Наиболее обоснованным представляется предположение, согласно которому увеличивается со временем число электронов, вовлекаемых в режим убегания, их дрейфовая и тепловая скорости при больших временах линейно растут, а отношение скоростей приближается к единице. Другая возможность ускорения электронов связана с образованием двойных электрических слоев. Количественная теория аномального сопротивления базируется, главным образом, на приближенных оценках и точных решениях некоторых идеализированных задач.