This paper describes recent experimental investigations of the nonlinear dynamics of collisional current-driven drift waves in a linear low- discharge. It is shown that the bias of an injection grid leads to rigid-body rotation of the cylindrical plasma column that strongly destabilizes the drift waves, thus providing a control parameter for the drift-wave dynamics. In the nonlinear regime, when the control parameter is increased, the transition scenario from stability to weakly developed turbulence is studied. Two successive Hopf bifurcations, a mode-locked state and its gradual destabilization to chaos and finally turbulence follow the classical Ruelle - Takens transition scenario known from neutral fluids. In addition to the temporal dynamics, the spatiotemporal evolution of drift waves is studied by means of circular Langmuir probe arrays with high spatial and temporal resolution. With each Hopf bifurcation, a drift-mode onset is associated and the bifurcation from quasi-periodicity to mode locking corresponds to the transition from non-resonant to resonant mode interaction. The mode-locked state forms a persistent spatiotemporal pattern that is destabilized by the occurrence of defects. In contrast, the turbulent state is a fully disordered, intermittent state.
本論文は、線状低圧放電における衝突性電流駆動ドリフト波の非線形動力学に関する最近の実験的調査について述べる。注入グリッドのバイアスが円筒状プラズマ柱の剛体回転をもたらし、これがドリフト波を強く不安定化させ、ドリフト波動力学の制御パラメータを提供することが示される。非線形領域において、制御パラメータが増大するにつれて、安定性から弱い乱流への遷移シナリオが研究される。2回の連続するホップ分岐、モード同期状態、およびその後の漸進的な不安定化を経てカオスへ、最終的に乱流へ至る過程は、中性流体で知られる古典的なリュエル＝タケンス遷移シナリオに従う。時間的動力学に加えて、高空間・高時間分解能を有する円形ラングミュアプローブアレイを用いて、ドリフト波の時空間発展が研究される。各ホップ分岐に伴ってドリフトモードの発生が関連付けられ、準周期状態からモード同期状態への分岐は、非共鳴モード相互作用から共鳴モード相互作用への遷移に対応する。モード同期状態は持続的な時空間パターンを形成するが、これは欠陥の発生によって不安定化される。対照的に、乱流状態は完全に無秩序な間欠的状態である。