In a geometrical-optics approximation we investigate the instability of an inhomogeneous low-pressure plasma located in a gravitational field that considers effectively the curvature of the magnetic field lines. We have analysed in detail the spectrum of the low-frequency plasma potential oscillations taking into account both gravitational and Larmor particle drifts as well as the non-potential oscillations propagating across the external magnetic field and across the particle drift.It has been shown that under conditions such that the velocity of gravitational particle drift approaches Larmor drift velocity, new modes of flute-like instability appear in the plasma; this is due to a resonance buildup of Larmor drift oscillations of the plasma from a gravitational ion drift leading to plasma instability virtually at any inhomogeneity. Special attention is paid to the analysis of long-wave plasma oscillations with a wavelength exceeding the Larmor ion radius. To our mind plasma instability with respect to long-wave oscillations is the most dangerous one. It is these oscillations that, embracing a large portion of the plasma-occupied region, can lead to breakup of the plasma as a whole. This paper elucidates the conditions under which long-wave instabilities can develop in plasma and discusses the possibility of such instabilities appearing in real experimental devices (mirror devices). It is shown that long-wave instabilities can develop in a plasma the longitudinal dimensions of which exceed transverse dimensions by (MR/mL)½ times if condition 2.4 is fulfilled, and also in a plasma in which m/M ≪ Te/Ti ≈ L/R. In the experimental devices discussed in this article, the first of these conditions is apparently not fulfilled, whereas the second can, generally speaking, be fulfilled. Plasma instability with respect to short-wave oscillations does not represent such a danger as it does with respect to long-wave oscillations, although such an instability can, as is shown in this paper, virtually appear at any plasma inhomogeneity and at any curvature of the magnetic field lines. Short-wave instability can lead to sharp noise increase in the plasma and as a result to the appearance of anomalously large plasma diffusion across the magnetic field.This paper shows also the possibility of plasma instability in devices with a negative curvature (cusped geometry) with respect to non-potential oscillations propagating across the magnetic field.
幾何光学近似において、我々は磁力線の曲率を効果的に考慮した重力場に位置する不均一な低圧プラズマの不安定性を調査する。我々は、重力粒子ドリフトとラーモア粒子ドリフトの両方、ならびに外部磁場および粒子ドリフトを横切って伝播する非ポテンシャル振動を考慮して、低周波プラズマ電位振動のスペクトルを詳細に解析した。 重力粒子ドリフトの速度がラーモアドリフト速度に近づくような条件下では、プラズマ中に新たなフルート状不安定性のモードが現れることが示された。これは、重力イオンドリフトによるプラズマのラーモアドリフト振動の共鳴的増幅に起因し、実質的に任意の不均一性においてプラズマ不安定性をもたらす。波長がラーモアイオン半径を超える長波長プラズマ振動の解析に特別な注意が払われている。我々の見解では、長波長振動に対するプラズマ不安定性が最も危険である。プラズマ占有領域の大部分を包含するこれらの振動こそが、プラズマ全体の崩壊につながり得るのである。本論文は、長波長不安定性がプラズマ中で発生し得る条件を解明し、そのような不安定性が実際の実験装置（ミラー装置）に現れる可能性について論じる。長波長不安定性は、縦方向寸法が横方向寸法を(MR/mL)½倍だけ超えるプラズマにおいて、条件2.4が満たされる場合に発生し得ること、またm/M ≪ Te/Ti ≈ L/Rであるプラズマにおいても発生し得ることが示されている。本論文で論じられる実験装置において、第一の条件は明らかに満たされていないが、第二の条件は一般に満たされ得る。短波長振動に対するプラズマ不安定性は、長波長振動に対するものほど危険ではないが、そのような不安定性は、本論文で示されるように、実質的に任意のプラズマ不均一性および任意の磁力線曲率において現れ得る。短波長不安定性は、プラズマ中の急激なノイズ増加、その結果として磁場を横切る異常に大きなプラズマ拡散の出現につながり得る。 本論文はまた、負の曲率（カスプ形状）を有する装置において、磁場を横切って伝播する非ポテンシャル振動に対するプラズマ不安定性の可能性も示している。