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Evidence of Kelvin Helmholtz instabilities in the UMIST linear quadrupole

G D Conway, J A Elliott1987年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The authors present observations of a new instability within the 'private' flux regions of the UMIST linear quadrupole. The private flux (pf) regions of all multipole configurations have in the past been universally observed as quiescent, but in the UMIST device they have observed low frequency (f 10 kHz) 10-30% density fluctuations. They believe these result from the plasma injection mechanism which leads to discontinuties in the plasma drift velocity across the pf layer, and thus to the formation of Kelvin-Helmholtz fluid instabilities. They present experimental results of a flute-like instability propagating along a shear layer perpendicular to the magnetic field. Dispersion analysis reveals two branches to the dispersion curve with the mode's maximum intensity occurring at their intersection. The lower 'forward' branch is linear and is identified as the primary mode, whilst the upper 'reverse' branch (secondary mode), displays a reciprocal relation. Theoretical studies suggest the pf regions to be stable toward the classical MHD flute instability. However, an estimate of the effects of the stabilizing field curvature and destabilizing velocity shear indicate a marginal stability towards a combined K-H flute mode.

日本語訳

著者らは、UMIST線形四重極装置における「プライベートフラックス」領域内の新たな不安定性の観測結果を報告する。すべての多重極配位において、プライベートフラックス(pf)領域はこれまで普遍的に静穏であると観測されてきたが、UMIST装置では低周波数(f 10 kHz)の10〜30%の密度揺動が観測された。著者らは、これらはプラズマ入射機構に起因すると考えており、この機構がpf層を横切るプラズマドリフト速度の不連続性をもたらし、その結果としてケルビン・ヘルムホルツ流体不安定性が形成されるとしている。著者らは、磁場に垂直なシアー層に沿って伝播するフルート状不安定性の実験結果を提示する。分散解析により、分散曲線には2つの分枝が存在し、モードの最大強度はそれらの交点で発生することが明らかになった。低次の「前方」分枝は線形であり、主要モードとして同定される一方、高次の「後方」分枝(二次モード)は逆の関係を示す。理論的研究によれば、pf領域は古典的なMHDフルート不安定性に対して安定であることが示唆される。しかし、安定化効果を持つ磁場曲率と不安定化効果を持つ速度シアーの影響を評価すると、複合K-Hフルートモードに対する限界安定性が示される。

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Kelvin-Helmholtz instability
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