اللااستقرارية التبديلية على شكل اخدود

ينشأ النوع الابسط من اللااستقرارية الهدرومغنطيسية عندما تقع البلازما بدون حقل مغنطيسي داخلي على تماس مع حقل مغنطيسي في فراغ حر. اذا تناقصت شدة الحقل المغنطيسي لذى الابتعاد عن حد البلازما (لهذا يجب ان تكون خطوط القوة المغنطيسية محدبة نحو الخارج) فانه من الاوفر للابلازما طاقيا ان تبادل موضعها مع الحقل المغنطيسي. مثل هذه اللااستقرارية تدعى بالتبديلية لان الحركة الناتجة يمكن وصفها على اساس التبديل في فراغ خطوط القوة. عندها يمكن ان ينزاح خط القوة كوحدة متكاملة مع للاحتفاظ بالشكل والاتجاه . وتأخذ اضطرابات السطح شكل الاخاديد الموجهة وفق خطوط القوة. لذى تدعى مثل هذه اللااستقرارية بالاخدودية. من الواضح انه يمكن تصور ان البلازما تفتح ما بين خطوط القوة المغنطيسية انفراجا وتتسرب الى الفجوات فيما بينها.

من السهل ان نفهم وسيلتين من وسائل استقرارية البلازما بالنسبة الى اللااستقرارية الاخدودية .

اولاهما: ان هذا النوع من اللااستقرارية يتطلب ان تكون خطوط القوة حرة الانزياح في الفضاء. اذا كانت خطوط اطراف القوة متجمدة على نواقل صلبة فان اللااستقرارية التبديلية ستكون غير ممكنة. ولكن من اجل هذا يجب ان تكون البلازما على تماس مباشر مع جدران معنوية او اقطاب.

ثانيهما: في مكافحة اللااستقرارية الاخدودية تكمن في ايجاد حقل مغنطيسي داخل البلازما عامل على تامين الااستقرار وموجه بزاوية مع الحقل الخارجي (وابسطها ان يكون متعامدا عليه) وتتشكل عندئذ على السطح الفاصل بينهما شيء ما يشبه الشبكة المجدولة (الشكل 1a)  . هذه السلة لا تسمح للبلازما بالتسرب.

(1) الشكل 

لدى طرح مسألة اللااستقرارية الاخدودية تم قبول انه يوجد حد فاصل بين البلازما والفضاء الخارجي. مثل هذا الحد الفاصل يمكن ان يتحدد على نحو مستقل عن الزمن فقط من اجل بلازما ذات ناقلية مثالية. اذا ما اخذت محدودية الناقلية بالاعتبار فانه يبدو ان هذا الحد يمكن اعتباره فاصلا فقط خلال زمن معين اقل من زمن حدوث الظاهرة الجلدية. وسوف يؤدي انتثار الحقل المغنطيسي لاحقا الى توسيع حد البلازما. ان تأثير مثل هذا التوسع على اللااستقرارية يمكن ان يقدم مثالا  مرشدا على أي حد تعتبر طبيعة معايير الاستقرارية في البلازما معقدة وحساسة .

اذا لم يوجد داخل البلازما حقل استقرار فان تبادل المواضع بين البلازما وخطوط القوة المغنطيسية يكون اوفر طاقيا كلما كان الحد بينهما فاصلا في هذه الحالة يعمل توسع الحد على تامين استقرارية البلازما. ولكن في حالة وجود حقل استقرار متعامد على الحقل الخارجي فان توسع الحد سيبدي تأثيرا معاكسا في هذه الحالة يؤدي انتثار الحقل المغنطيسي الى تمازج الحقلين المتعامدين فيما بينهما .

وينشأ حقل لولبي في  منطقة التوسع بدلا عن الشبكة (الشكل 1b) ويمكن للبلازما التسرب فيما بين خطوط القوة اللولبية. ومن الطبيعي ان يكون للاضطرابات الحاصلة شكل اخاديد لولبية موجهة وفق خطوط القوة اللولبية.

وهكذا اذا ما كان توسع الحد يؤدي الى رفع الاستقرارية من اجل حالة بلازما لا تحوي في داخلها على حقل مغنطيسي فانه على العكس يؤدي توسع الحد في بلازما ذات استقرارية بفعل حقل مغنطيسي الى حالة لا استقرارية⁽¹⁾. يعلمنا المثال المعطى كم الحذر الذي يجب اخذه لدى معرفة تأثير العوامل المختلفة على لا استقرارية البلازما الهدرومغنطيسية ويتعلق هذا التأثير بالشروط المحددة بشكل اساسي .

تعيق اللااستقرارية الاخدودية عملية حصر البلازما في مصايد كظومة ذات سدادات مغنطيسية (مرايا) ومن المحتم ان تكون خطوط القوة المغنطيسية محدبة نحو الخارج لدى الانتقال من منطقة الحقل الاساسي الثابت الى حقل بزالي شديد. في هذه المنطقة يجب ان تكون السنة البلازما متسربة بين الاخاديد الممتطة وفق خطوط القوة مما يؤدي الى نزوح البلازما نحو الجدار. وتبين التجربة حقيقة ان البلازما في مصيدة كظومة تنحل بسرعة نوعا ما. وهذا ما يمكن تفسيره على اساس اللااستقرارية الاخدودية. لمكافحة هذه الحالة يقترح احداث "تجميد اولي" لاطراف خطوط القوة على النواقل المعدنية .

وهنا يكون الحقل المغنطيسي مقعرا في كل مكان بحيث ان اللااستقرارية الاخدودية لا يمكن ان تكون موجودة. ولكن يكون لهذه المصيدة ثلاثة ثقوب اثنان منهما في القطبين والاخر حلقي على طول خط الاستواء . يقترح ان تطلق دفقة بلازما بسرعة منظمة كبيرة في المصيدة.

لهذا الغرض يمكن استخدام مدفع بلازمي وبعد ان تتحول طاقة الحركة المنتظمة الى طاقة حرارية وتتمدد البلازما في المصيدة تصبح سرعات الجسيمات غير كافية من اجل تسرب سريع عبر الثقوب.

_________________________________

(1) بشكل ادق يمكن القول ان توسع الحد يخفض تلك القيمة الحرجة β (النسبة بين ضغط الغاز الى الضغط المغنطيسي) التي تنشئ لا استقرارية اذا ما تم تجاوز قيمته الحرجة نحو الاعلى.