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Visco-resistive stabilization of kinks with short wavelengths along an elliptic magnetic stagnation line

G O Spies1988年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

At an elliptic magnetic stagnation line, the combined effect of viscosity ν and resistivity η stabilizes the ideally unstable kinks with short axial wavelengths λ. For small ν and η the critical wavelength below which all modes are stable is O(ν1/4 η1/4). If only one of the two parameters ν and η is nonzero (purely resistive or purely viscous plasma), the modes remain unstable, but the maximum growth rate is O(λ2/η) or O(λ2/ν), as opposed to the ideal growth rate (ν = η = 0) which is O(1). This result provides one possible mechanism to explain the absence of these instabilities in Z-pinch experiments such as EXTRAP. It is derived for the simple but generic case of the incompressible motion about circularly cylindrical equilibria with purely azimuthal magnetic fields and arbitrary axial current density profiles. For the equilibrium with constant current density the entire short wavelength spectrum is explicitly given. The eigenvalues (but not the eigenfunctions) are invariant upon interchanging ν and η. The eigenvalues pertaining to different radial mode numbers have spacing O(λ) and are on curves in the complex frequency plane which depend only on the azimuthal mode number m and on the two parameters λ2/ν and λ2/η.

日本語訳

楕円形の磁気よどみ線において、粘性νと抵抗率ηの複合効果は、短い軸方向波長λを持つ理想的不安定なキンクを安定化させる。小さなνとηに対して、すべてのモードが安定となる臨界波長はO(ν^(1/4)η^(1/4))である。二つのパラメータνとηのうち一方のみが非零である場合(純抵抗性または純粘性プラズマ)、モードは不安定のままであるが、最大成長率はO(λ²/η)またはO(λ²/ν)であり、理想的な成長率(ν = η = 0)であるO(1)とは対照的である。この結果は、EXTRAPのようなZピンチ実験におけるこれらの不安定性の非存在を説明する一つの可能なメカニズムを提供する。これは、純粋に方位角方向の磁場と任意の軸方向電流密度分布を持つ円筒状平衡の周りの非圧縮性運動という、単純だが一般的な場合に対して導出される。一定の電流密度を持つ平衡に対しては、短波長スペクトルの全体が明示的に与えられる。固有値(ただし固有関数ではない)は、νとηを交換しても不変である。異なる動径モード数に対応する固有値は、間隔O(λ)を持ち、複素周波数平面上の曲線上に位置し、その曲線は方位角モード数mと二つのパラメータλ²/νおよびλ²/ηのみに依存する。

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