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粘性效应对Z箍缩装置中R-T不稳定性的稳定作用 邱孝明 核工业西南物理研究院 Z箍缩装置的特点使得R-T(Rayleigh-Taylor)不稳定性很容易发展起来。一旦这种不稳定性发展起来，那么只需大约十几个阿尔芬传播时间之后等离子体放电就会终止。所以如何减轻和抑制这种不稳定的发展就一直是Z箍缩研究的核心物理问题。过去的二十几年，人们对剪切轴向流(SAF)和有限拉摩半径(FLR)对Z箍缩装置中R-T不稳定性的减轻和抑制作用研究的较多。 结果表明这两种效应有它们各自的缺陷：R-T不稳定性可以被足够大的SAF所抑制，但在小波数区又出现了R-T/K-H不稳定性；FLR效应虽然在整个波数区都能减轻和抑制R-T不稳定性，但在小波数区它的减轻作用相当弱。所以近几年来，人们开始寻找其他的减轻和抑制R-T不稳定性的办法：1997年Douglas等人提出鞘层曲率(SC)效应；2003年我们发展了一种SAF和FLR协同作用的理论。 这两种办法虽然克服了前两种办法的缺陷，但由于SC和SAF都不是等离子体系统所固有的，所以这两种办法的应用前景也不一定十分乐观。于是，最近我们想到了考察粘性效应对Z 箍缩装置中R-T不稳定性的稳定作用。我们的结果表明：在Z 箍缩装置中等离子体的粘滞性不但对加热离子起重要作用，而且对减轻和抑制R-T不稳定性的增长也起重要作用；并且在人们感兴趣的温度区，粘性效应对R-T不稳定性的减轻和抑制作用强于FLR效应， 特别是对重金属丝阵Z箍缩装置中R-T不稳定性的稳定作用，粘性效应更强于FLR效应，因为前者正比于 而后者与 无关，虽然粘滞系数和FLR都正比于 . 应当指出，在我们之前已有不少人考察过粘性效应对R-T不稳定性的稳定作用（例如，见Ryutov等人的综述文章）。 但由于两个原因这些人的工作没有受到Z箍缩界的人重视：1) 他们研究的是“two-region one-interface”的问题，而Z箍缩是属于“three-region two-interface”的问题；2) 他们使用的是流体方程，不是MHD方程。总之，他们研究的不是真正的Z箍缩位形。我们考察的是“三区域两界面”的问题，并使用MHD方程。 大家知道，如果没有特别的简化处理，MHD方程最终将导致一个四阶的微分色散方程，再加上“三区域两界面”的界面条件，使得人们对整个问题无法进行解析分析。这就是为什么他们不研究真正Z箍缩位形中粘性效应对R-T不稳定性的稳定作用的原因。我们把托卡马克界研究非均匀等离子体扰动常用的近似处理方法移植到这里来，成功地将四阶微分方程简化成二阶微分方程：扰动量(如 )可以表示成 , 在托卡马克界的人看来，此式右边的前一个因子代表扰动的慢变化部分，即 代表此式的大空间尺度；指数因子代表扰动的快变化部分，即代表此式的小空间尺度，因此 1.略去这个小量后，四阶微分方程便简化成二阶微分方程。 [1] Douglas M R, Deeney C and Roderick N F 1997 Phys. Rev. Lett. 78 4577 [2] Qiu X M, Huang L and Jian G D 2003 Phys. Plasmas 10 2956 [3] Qiu X M, Huang L and Jian G D 2004 Chin. Phys. Lett. 21 689 [4] Ryutov D D et al 2000 Rev. Mod. Phys. 72 196 * *