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Collisional drift instability in a variable radial electric field

E M Marshall, R F Ellis, J E Walsh1986年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The collisional drift instability, which is observed in a weakly ionized argon plasma, is described by a cylindrical two-fluid model which allows for arbitrary density profiles and a sheared E*B rotation of the plasma. The waves are destabilized by a current drawn from a DC biased grid (in the path of the plasma) to ground. Variation of the grid-to-ground current is shown to alter the radial potential profile and thus the E*B rotation of the plasma. A threshold current destabilizes the plasma. Above this threshold, mode frequency is found to increase with current. Predictions of the model demonstrate both rigid body and sheared E*B rotation are destabilizing and that both provide the well known Doppler shift to the real frequency. When three versions of the model are compared, the best agreement with observed real frequency occurs when the radial electric field is included rigorously in the theory. The documented increase in the radial potential gradient with grid-to-ground current is shown to be responsible for the corresponding increase frequency. Through a transition from a stable to an unstable regime of grid operation the observed increase in radial potential gradient is strongly suggested as the destabilizing mechanism at work. The radial wave shape is predicted closely by two versions of the model in which the radial electric field is or is not included, and both provide excellent agreement with experiment.

日本語訳

弱電離アルゴンプラズマにおいて観測される衝突ドリフト不安定性は、任意の密度分布とプラズマのE×B回転のシアを許容する円筒二流体モデルによって記述される。波動は、(プラズマの経路内にある)DCバイアスされたグリッドから接地への電流によって不安定化される。グリッド-接地間電流の変化が、プラズマの動径電位分布、ひいてはE×B回転を変化させることが示されている。閾値電流がプラズマを不安定化する。この閾値を超えると、モード周波数は電流とともに増加することが見出される。モデルの予測は、剛体およびシアを有するE×B回転の両方が不安定化に寄与し、両者が実周波数に対してよく知られたドップラーシフトを提供することを実証している。3つのモデルバージョンを比較すると、観測された実周波数との最も良い一致は、動径電場が厳密に理論に含まれる場合に得られる。グリッド-接地間電流に伴う動径電位勾配の増加が、対応する周波数増加の原因であることが示されている。グリッド動作の安定領域から不安定領域への遷移を通じて、観測された動径電位勾配の増加は、作用している不安定化メカニズムとして強く示唆される。動径波動形状は、動径電場を含む場合と含まない場合の2つのモデルバージョンによって精度よく予測され、両者とも実験と優れた一致を示す。

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Radial electric field
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