Теория переноса плазмы в тороидальных системах удержания

Диссипация, обусловленная кулоновским рассеянием при столкновениях, задаёт неустранимый минимум и тем самым служит полезным эталоном для сравнения процессов переноса в горячей магнитно-удерживаемой плазме. Кинетическое описание этой диссипации задаётся уравнением типа Фоккера—Планка. Как и в стандартной теории переноса нейтрального газа, приближённое решение уравнения Фоккера—Планка позволяет рассчитать коэффициенты переноса, которые линейно связывают потоки частиц, энергии и электрического заряда с градиентами плотности и температуры, а также с электрическим полем. Соотношения переноса полезны для изучения свойств удержания в современных и перспективных экспериментальных установках для исследований управляемого термоядерного синтеза. Теория переноса намагниченной плазмы, в которой ларморовский радиус значительно меньше характерных масштабов градиентов, описывающих плазменную среду, во многих фундаментальных отношениях отличается от теории переноса нейтрального газа. Так, коэффициенты переноса намагниченной плазмы можно рассчитывать даже тогда, когда средняя длина свободного пробега при столкновениях значительно превышает характерный масштаб градиента, что характерно для термоядерных режимов. Такие коэффициенты переноса, как правило, являются нелокальными, поскольку определяются через усреднение по поверхностям макроскопических размеров. Кроме того, при большой длине свободного пробега коэффициенты переноса намагниченной плазмы критически зависят от геометрии магнитного поля, влияние которой необходимо учитывать на кинетическом уровне уравнения Фоккера—Планка. Полученные результаты демонстрируют несколько новых типов связи между диссипацией при столкновениях и электромагнитным полем. Настоящий обзор теории переноса намагниченной плазмы призван быть максимально доступным для широкого круга читателей. Поэтому существенные особенности магнитного удержания в замкнутых (тороидальных) системах, а также поведения заряженных частиц в пространственно неоднородных полях выводятся, по крайней мере в общих чертах, из первых принципов. Хотя рассматривается «классический» перенос, при котором большинство геометрических эффектов магнитного поля не учитывается, основное внимание уделяется «неоклассической» теории, разработанной в течение последнего десятилетия. Неоклассические коэффициенты переноса имеют непосредственное отношение к магнитно-удерживаемой плазме, а не просто к намагниченной плазме; их необычные особенности, такие как нелокальность и зависимость от геометрии, приобретают особое значение в высокотемпературном режиме предполагаемых термоядерных реакторов. Соответственно, особое внимание уделяется наиболее полно разработанному разделу неоклассической теории — её применению к осесимметричным системам удержания токамакового типа.