非均匀等离子体中的碰撞性 whistler 不稳定及电子温度楼梯
等离子体物理
2026-01-16 v2
摘要
高β的磁化等离子体常常表现出异常结构的温度轮廓,从银河系团观测和最近实验中都能看到。众所周知,当此类等离子体无碰撞时,沿磁场的温度梯度可以激发 whistler 波,以有效散射电子以限制其热输运。最近仅仅显示出平行温度梯度也能在碰撞性等离子体中激发 whistler 波。本文从 Braginskii 类流体方程推导 slab 几何中的碰撞性 whistler 不稳定的 Wigner--Moyal 理论。这种形式alism 是必要的,因为在参数空间的一个大区域内,最快速增长的 whistler 波的波长与背景温度梯度相当。我们发现涉及非均匀 Nernst 迁移和电阻率的额外阻尼项。它们(i)enable whistler 波通过增长、传播和随后的耗散重新排列电子温度轮廓,(ii)allow non-constant temperature profiles to exist stably。对于高β等离子体,边缘稳定解呈电子温度沿磁场线形成的温度楼梯结构。当 whistler 强度轮廓足够集中且指向背景温度梯度的相反方向时,电子热流也可通过 Ettingshausen 效应受到抑制。这种机制允许在无磁掀染的情况下形成冷锋,可能降低惯性聚变实验中的平行热损失,一般地表明即使在碰撞极限下 whistler 波也能调节输运。
引用
@article{arxiv.2406.10979,
title = {Collisional whistler instability and electron temperature staircase in inhomogeneous plasma},
author = {N. A. Lopez and A. F. A. Bott and A. A. Schekochihin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.10979},
year = {2026}
}
备注
43 pages (33 pages main article), 15 figures, 8 appendices. Updated to published version, involving significant changes compared to previous version