Instabilitäten von Flötenwellen niedriger Frequenz in einer begrenzten Plasmasäule

Eine Studie über die Stabilität von quasineutralen Flötenwellen niedriger Frequenz (ω ≪ ωci) in einer niederen β-Kollisionsplasma-Säule, die in ein einheitliches axiales Magnetfeld eingetaucht ist. Die Säule hat ein Gaußsches Teilchendichteprofil und ein stationäres radial elektrisches Feld. Die Differentialgleichung, die die Wellen beschreibt, wird sowohl analytisch als auch numerisch für die Eigenfrequenzen und Eigenfunktionen gelöst. Für den Fall der gleichmäßigen Rotation der Säule werden analytische Lösungen gefunden, um die Eigenschaften einer durch einen leitenden Zylinder begrenzten Säule zu bestimmen. Die Instabilität ist in diesem Fall eine zentrifugale Flötenwelle. Die Grenze kann stabilisierend oder destabilisierend für den m = 1 azimutalen Modus sein, abhängig von ihrer Lage, während sie für alle anderen Modi stabilisierend ist. Bei einer ungleichmäßig rotierenden Säule werden die Auswirkungen von allmählichem und abruptem Scheren unter Verwendung numerischer Lösungen betrachtet. Durch die Verfolgung der Entwicklung dieser Modi, während die Profile kontinuierlich geändert werden, wird ein einheitliches Bild ihres Verhaltens entwickelt. Wiederum zeigt sich, dass das Verhalten des m = 1 Modus unterschiedlich ist von dem der höherordentlichen Modi, wie am m = 2 Modus veranschaulicht. Der m = 1 Modus ist sehr empfindlich gegenüber der Rotation der Säule nahe der Grenze, während der m = 2 Modus mehr von einem Durchschnitt über die Säule abhängt. Außerdem entwickelt sich der m = 2 Modus bei abruptem Scheren zu einer Kelvin-Helmholtz-Instabilität, während der m = 1 Modus dies nicht tut.