電阻不穩定性

在非理想狀態下，電漿的電導率有限，使理想導電流體假定下得到的不穩定性發生變化，出現電阻不穩定的現象。

基本介紹

• 中文名：電阻不穩定性
• 外文名：resistive instability
• 運用領域：電力學
• 相關：電流不穩定性

概念

假定電漿是電導率為無限大( )酌理想導電流體。這種情況下，磁場將完全凍結在電漿中，它們之間不可能有相對運動。但實際上電漿電導率是有限的，因而磁力線並不是完全凍結在電漿中和它一起運動，其結果不僅使理想導電流體假定下得到的不穩定性發生變化，而且會出現新的不穩定性。這些不穩定性主要有電阻性交換(重力)不穩定性，電流對流不穩定性，撕裂不穩定性和皺波不穩定性等。、

電阻不穩定性與磁島

理想磁流體，就是雷諾數 、磁雷諾數 和貝克來數 都遠大於1，從而可以忽略黏滯性、電阻和熱傳導等耗散效應的磁流體。黏滯性阻尼剪下流速度，電阻耗散電流，熱傳導減小溫度梯度。耗散效應似乎使平衡狀態趨於更穩定，非理想磁流體似乎比理想磁流體穩定。但是，事實上正好相反。這是因為非理想磁流體不受某些條件的限制(例如不受 、 和 條件的限制，磁力線不凍結等)，可以處於比理想磁流體更低的勢能狀態。

以下仍然忽略黏滯性和熱傳導，討論靜止電漿流體的電阻性不穩定性。在有限電導率情況下，方程不成立， 不正比於流體元長度 而變化。既然磁場不凍結在流體中，磁力線就可以斷開並重聯，發生一種新類型的不穩定性，即電阻不穩定性。磁力線重聯，傾向於形成磁島，是發生電阻不穩定性的特徵。在討論不穩定性之前，先看磁島是怎樣形成的。

圖1

托卡馬克平衡磁場位形通常只有一條平面磁軸，由圍繞磁軸的嵌套環形封閉磁面組成。電阻不穩定性發生在有理面附近的一薄層電漿里，使磁場位形出現特徵性變化。這時形成的、圍繞螺旋磁軸的局部嵌套環形封閉磁面結構，稱為磁島(圖1)。忽略線上性理論里才重要的量級為 項，非線性有限幅度的扭曲擾動 可以用輔助磁場 的磁流體方程進行描述。這裡的磁力線重聯，指的是輔助磁場 的重聯。 是垂直於螺旋擾動磁場的平衡磁場分量 ，其中， 和 分別是磁場的橫向和縱向分量。在 的點上， 。

角向分量 在有理面上等於零，在徑向內、外側有相反的方向(圖2)。 容易看出，這樣的平衡輔助磁場位形受到徑向磁場的擾動時，在有理面附近將形成m個磁島結構。

圖2

撕裂模不穩定性

撕裂模不穩定性可以被考慮為巨觀不穩定性的一個類型，當然它也屬於電阻不穩定性。

撕裂模不穩定性不但與磁層尾巴中的某些物理過程有關，而且也與太陽耀斑發展演變中的一些特殊階段有關，這種撕裂模不穩定性，與電阻電漿中的片電流或電流片(即磁中性片)密切相關。

研究表明，如果電漿中存在有限電阻(或者說，如果電漿具有有限電導率)的話，那么這種電阻就會使對流電流耗散，而且電流產生磁場，因而便出現了撕裂模不穩定性。
圖3表示了一個在y-z平面中無限伸展的片電流(電流片)，它沿著夕軸方向流動．該電流在片的中心層(x=o面)上下產生出沿著z軸但方向相反的磁場，並且箍縮電漿而達到平衡狀態。

圖3

如果假設電漿為完全導體，那么電流擾動J₁和磁場擾動B₁可以產生出一個穩定傳播的波，僅當電漿具有有限電阻時，才會出現不穩定性。

對具有有限電阻的電漿，線性化的Ohm定律為：

太陽射電輻射理論

太陽射電輻射理論，歸納地講，主要包括射電輻射的發射(和吸收)過程以及射電輻射的傳播(轉移)過程兩大範疇。這兩大範疇的理論，對太陽射電輻射的研究而言，缺一不可，二者具有同等的重要性。

不穩定性通常有兩種，即電阻不穩定性和電抗不穩定性。對太陽射電輻射而言，電阻不穩定性更為重要。在電阻不穩定性中，由於放大(負吸收)，而將波模的強度增加到很高的水平，從而導致“相干發射”．如果波模為電磁波，那么就可以直接逃逸，電子迴旋脈澤輻射或許就是這樣．倘若波模被俘獲或者不運行，那么首先必須轉換成橫波，電漿輻射可能就是如此。