Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://www.iki.rssi.ru/comp/2009/Savin.htm
Дата изменения: Fri Oct 30 14:41:26 2009 Дата индексирования: Tue Oct 2 04:33:36 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: п п п п п п п п п п п п п п п п п |
Савин С.П., Будаев
В.П., Романов С.А., Скальский А.А. Цикл из трех
работ 'Перемежаемость и супердиффузия
в пограничных слоях: Сравнение границ магнитосферы с краевой плазмой токамаков'
Аннотация
В космической плазме, по результатам изучения
механизмов взаимодействия солнечного ветра с турбулентной границей
магнитосферы, конденсация и 'дискретизация' потоков плазмы может иметь ключевое
значение для понимания причинно-следственной цепочки процессов в солнечной
короне и солнечном ветре и с потоком энергии и вещества в систему
магнитосфера-ионосфера-атмосфера.
В ходе анализа данных проектов Интербол
и Кластер было показано, что
высокоширотный турбулентный погранслой (ТПС) над полярными каспами содержит
плазменные струи с высоким динамическим давлением. Проведено исследование
статистики турбулентных флуктуаций в областях появления ускоренных струй с
помощью структурных функций, что является важным для понимания механизмов
формирования перемежаемости (intermittency)
и структуризации потоков в турбулентных пограничных слоях. В термоядерных
установках с магнитным удержанием плазмы также получено множество
экспериментальных результатов, свидетельствующих о значительной перемежаемости
плазменной турбулентности. Аномальные всплески потока большой амплитуды
играют доминирующую роль в динамике переноса, в особенности в периферийной
области термоядерной плазмы. В токамаках,
стеллараторах и других плазменных машинах аномальный
перенос плазмы поперек магнитного поля является, в основном, результатом
спорадических, крупномасштабных событий, сопровождается самоорганизацией и
когерентными структурами, такими, как вихри, зональные потоки, 'стримеры', 'блобы' и др. Эти явления не описываются моделью Колмогорова
К41 изотропной гидродинамической турбулентности, как ив случае струй в магнитосферных погранслоях.
Турбулентность плазмы формирует когерентные структуры, которые могут
концентрировать значительную часть потока и быть ответственными за существенный
перенос частиц, тепла и импульса поперек удерживающего магнитного поля. Явление
получило название супердиффузии или аномальный переноса. Экспериментальные наблюдения
показывают, что турбулентные флуктуации характеризуются наличием
непериодических пиков амплитуды потока. Эти флуктуации имеют самоподобную структуру с негауссовой (неклассической)
статистикой. Такие свойства колебаний и сопровождающий их баллистический
перенос наблюдали в термоядерных установках с различной конфигурацией
магнитного поля, что оказалось также характерным и для границ магнитосферы и
указывает на универсальность свойств турбулентной плазмы.
Турбулентность в пограничных слоях следует рассматривать
как многомасштабное явление, отличающееся от модели турбулентности Колмогорова
К41.Турбулентность с перемежаемостью наиболее полно и
детально описывается лог-пуассоновской
моделью, в которой рассматривается стохастический мультипликативный каскад, а
логарифм энергии диссипации описывается пуассоновским распределением. В этой
модели рассматривается иерархия моментов, существование предельных
диссипативных структур, степенные законы.
В лог-пуассоновской
модели с учетом двумерной эмпирики Ирошникова-Крейчнана
предполагается двухмерность предельных диссипативных структур. Экспериментально
этот вопрос прежде не исследовался и впервые стал рассматриваться в работах
авторов. Обобщенное самоподобие
лог-пуассоновского процесса устанавливает
длинно-масштабные корреляции, которые вызывают аномальный перенос - супердиффузию. В краевой плазме лабораторных термоядерных
установок это свойство приводит к повышенным потерям плазмы и ухудшению ее удержания.
Сравнительный анализ статистики пристеночной
турбулентности на границе магнитосферы Земли, в токамаке
Т-10 (Россия), стеллараторе LHD, малом
токамаке HYBTOK-II, линейной плазменной машине
NAGDIS-II (Япония) показывает, что турбулентность в них имеет подобные
статистические свойства, указывая на универсальность свойств краевой
турбулентности замагниченной плазмы.
Из сравнения экспериментальных данных с лог-пуассоновской моделью получены зависимости
среднеквадратичного смещения частиц в плазме от времени, которые
свидетельствуют о наличии супердиффузии (т.е. росте среднеквадратичного
смещения со временем быстрее линейного закона), причем показатели степени
временной зависимости оказались близки для
лабораторных и магнитосферных погранслоев.
Полученные результату представляют новый шаг к количественному
описанию процессов переноса на плазменных границах.