[科普中国]-电阻不稳定性

在非理想状态下，等离子体的电导率有限，使理想导电流体假定下得到的不稳定性发生变化，出现电阻不稳定的现象。

概念假定等离子体是电导率为无限大( )酌理想导电流体。这种情况下，磁场将完全冻结在等离子体中，它们之间不可能有相对运动。但实际上等离子体电导率是有限的，因而磁力线并不是完全冻结在等离子体中和它一起运动，其结果不仅使理想导电流体假定下得到的不稳定性发生变化，而且会出现新的不稳定性。这些不稳定性主要有电阻性交换(重力)不稳定性，电流对流不稳定性，撕裂不稳定性和皱波不稳定性等。1、

电阻不稳定性与磁岛理想磁流体，就是雷诺数 、磁雷诺数 和贝克来数 都远大于1，从而可以忽略黏滞性、电阻和热传导等耗散效应的磁流体。黏滞性阻尼剪切流速度，电阻耗散电流，热传导减小温度梯度。耗散效应似乎使平衡状态趋于更稳定，非理想磁流体似乎比理想磁流体稳定。但是，事实上正好相反。这是因为非理想磁流体不受某些条件的限制(例如不受 、 和 条件的限制，磁力线不冻结等)，可以处于比理想磁流体更低的势能状态。

以下仍然忽略黏滞性和热传导，讨论静止等离子体流体的电阻性不稳定性。在有限电导率情况下，方程不成立， 不正比于流体元长度 而变化。既然磁场不冻结在流体中，磁力线就可以断开并重联，发生一种新类型的不稳定性，即电阻不稳定性。磁力线重联，倾向于形成磁岛，是发生电阻不稳定性的特征。在讨论不稳定性之前，先看磁岛是怎样形成的。

托卡马克平衡磁场位形通常只有一条平面磁轴，由围绕磁轴的嵌套环形封闭磁面组成。电阻不稳定性发生在有理面附近的一薄层等离子体里，使磁场位形出现特征性变化。这时形成的、围绕螺旋磁轴的局部嵌套环形封闭磁面结构，称为磁岛(图1)。忽略在线性理论里才重要的量级为 项，非线性有限幅度的扭曲扰动 可以用辅助磁场 的磁流体方程进行描述。这里的磁力线重联，指的是辅助磁场 的重联。 是垂直于螺旋扰动磁场的平衡磁场分量 ，其中， 和 分别是磁场的横向和纵向分量。在 的点上， 。

角向分量 在有理面上等于零，在径向内、外侧有相反的方向(图2)。 容易看出，这样的平衡辅助磁场位形受到径向磁场的扰动时，在有理面附近将形成m个磁岛结构。2

撕裂模不稳定性撕裂模不稳定性可以被考虑为宏观不稳定性的一个类型，当然它也属于电阻不稳定性。

撕裂模不稳定性不但与磁层尾巴中的某些物理过程有关，而且也与太阳耀斑发展演变中的一些特殊阶段有关，这种撕裂模不稳定性，与电阻等离子体中的片电流或电流片(即磁中性片)密切相关。

研究表明，如果等离子体中存在有限电阻(或者说，如果等离子体具有有限电导率)的话，那么这种电阻就会使对流电流耗散，而且电流产生磁场，因而便出现了撕裂模不稳定性。
图3表示了一个在y-z平面中无限伸展的片电流(电流片)，它沿着夕轴方向流动．该电流在片的中心层(x=o面)上下产生出沿着z轴但方向相反的磁场，并且箍缩等离子体而达到平衡状态。

如果假设等离子体为完全导体，那么电流扰动J1和磁场扰动B1可以产生出一个稳定传播的波，仅当等离子体具有有限电阻时，才会出现不稳定性。

对具有有限电阻的等离子体，线性化的Ohm定律为：3

太阳射电辐射理论太阳射电辐射理论，归纳地讲，主要包括射电辐射的发射(和吸收)过程以及射电辐射的传播(转移)过程两大范畴。这两大范畴的理论，对太阳射电辐射的研究而言，缺一不可，二者具有同等的重要性。

不稳定性通常有两种，即电阻不稳定性和电抗不稳定性。对太阳射电辐射而言，电阻不稳定性更为重要。在电阻不稳定性中，由于放大(负吸收)，而将波模的强度增加到很高的水平，从而导致“相干发射”．如果波模为电磁波，那么就可以直接逃逸，电子回旋脉泽辐射或许就是这样．倘若波模被俘获或者不运行，那么首先必须转换成横波，等离子体辐射可能就是如此。3

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王伟 - 副教授 - 上海交通大学