基于剪切流稳定的 Z-pinch 建模对 Kadomtsev pinch 的再探讨

鉴于来自 FuZE 剪切流稳定的 Z-pinch 实验轴对称 MHD 建模的观察，本文重新探讨了 Kadomtsev pinch，即对交换模式临界稳定的 Z-pinch 分布。我们表明，Kadomtsev 的稳定性判据（由最小能量原理简洁推导得出，但物理意义不透明）在比熵中具有直观的解释，类似于天体物理学、气象学和海洋学领域绝热压力分布对流稳定性的 Schwarzschild-Ledoux 判据。通过类比，Kadomtsev 分布可被描述为磁绝热的，意指等离子体压力与面积平均电流密度呈多方关系，这源自理想 MHD 关于比熵的稳定性条件。此外，非理想熵模式的稳定性条件被证明将比熵梯度与理想交换稳定性函数联系起来。因此，在临界稳定状态下，理想交换模式与非理想熵模式的联合作用驱使比熵和比磁通梯度均趋于零。本文详细回顾了 Kadomtsev pinch 的物理特性，并由此将 pinch 约束的局域化（即 pinch 尺寸和电感）通过广延磁能与热能之比进行量化。此外，本文还展示了 FuZE Z-pinch 实验轴对称 MHD 建模的结果与分析，其中发现 pinch 结构由一个被超磁绝热低 beta 剪切流环绕的近临界流动核心组成。