漂移动理学等离子体湍流中的相位混合与非线性平流

本文提出了一个关于磁化弱碰撞等离子体（如 ITG 湍流）中长波长静电湍流的标度理论，该理论同时考虑了扰动粒子分布因涨落 ExB 流引起的非线性平流，以及由粒子沿平均磁场方向流动引起的相位混合（在线性问题中，这将导致朗道阻尼）。研究发现，可以构建一个自洽的理论，其中极少有自由能泄漏到分布函数的高阶速度矩中，使得波数空间中能量相关部分的湍流级联在本质上呈流体状。以埃尔米特矩阶数表示的自由能速度空间谱为陡峭的幂律谱，因此相空间的自由能含量在无穷小碰撞率下不发散（而在线性问题中则会发散）；在此极限下，由长波扰动引起的碰撞加热消失（这也与线性问题相反，在线性问题中，碰撞加热以等于朗道阻尼率的有限速率发生）。自由能能够保持在分布函数的低阶速度矩中，这得益于“反相位混合”效应，该效应在非线性系统中的存在源于等离子体回波的随机版本（平流速度将相位混合与反相位混合扰动耦合起来）。波数空间在（能量占主导的）此效应成立区域与线性相位混合在与非线性平流的竞争中胜出的区域之间的划分，由线性与非线性时间尺度之间的“临界平衡”所支配（对于高阶埃尔米特矩，该平衡分裂为两个阈值，一个界定相位混合占主导的波数区域，另一个界定等离子体回波占主导的区域）。