Partially-magnetized plasmas with magnetized electrons and non-magnetized ions are common in Hall thrusters for electric propulsion and magnetron material processing devices. These plasmas are usually in strongly non-equilibrium state due to presence of crossed electric and magnetic fields, inhomogeneities of plasma density, temperature, magnetic field and beams of accelerated ions. Free energy from these sources make such plasmas prone to various instabilities resulting in turbulence, anomalous transport, and appearance of coherent structures as found in experiments. This paper provides an overview of instabilities that exist in such plasmas. A nonlinear fluid model has been developed for description of the Simon-Hoh, lower-hybrid and ion-sound instabilities. The model also incorporates electron gyroviscosity describing the effects of finite electron temperature. The nonlinear fluid model has been implemented in the BOUT++ framework. The results of nonlinear simulations are presented demonstrating turbulence, anomalous current and tendency toward the formation of coherent structures.
部分磁化プラズマは、電子が磁化されイオンが非磁化された状態であり、電気推進用のホールスラスタやマグネトロン材料加工装置において一般的に見られる。これらのプラズマは通常、交差した電場と磁場、プラズマ密度の不均一性、温度、磁場、および加速されたイオンビームの存在により、強く非平衡な状態にある。これらの源からの自由エネルギーにより、このようなプラズマは様々な不安定性を生じやすく、その結果として乱流、異常輸送、および実験で見られるコヒーレント構造の出現が引き起こされる。本論文は、このようなプラズマに存在する不安定性の概要を提供する。シモン・ホー不安定性、低ハイブリッド不安定性、およびイオン音波不安定性を記述するために、非線形流体モデルが開発された。このモデルはまた、有限電子温度の効果を記述する電子ジャイロ粘性を組み込んでいる。この非線形流体モデルはBOUT++フレームワークに実装された。非線形シミュレーションの結果が提示され、乱流、異常電流、およびコヒーレント構造形成への傾向が実証されている。