بررسی تعادل پایدار و ناپایدار در پلاسما

پلاسما را که معمولا حالت چهارم ماده در نظر گرفته می شود قسمت اعظم از جهان آفرینش را دربرمی گیرد.در این پایان نامه ضمن معرفی پلاسما و پارامترهای آن به مهمترین مسئله پلاسما یعنی محصورسازی پرداخته می شود. دور روش اساسی برای محصورسازی پلاسما وجود دارد. روش مغناطیسی و روش لختی. در اکثر دستگاههای فیوژن از جمله توکامک از روش مغناطیسی استفاده می شود. مسئله محصور سازی با دو قسمت تعادل و پایداری تقسیم می شود. تعادل، حالتی است که تمام نیروها در حال موازینه باشند. این تعادل را بسته به اینکه اختلال کوچک در پلاسما از بین برود یا تقویت شود پایدار و ناپایدار می خوانند. فرم عمومی اختلال بصورت ‏‎exp ‎‏ نوشته می شود که در آن هر فرکانس ویژه ، رشد نمایی داشته باشد و سیستم بطور نمایی ناپایدار است.مهمترین روش نظری برای تعیین پایداری سیستم اصل انرژی است که در آن تغییر انرژی پتانسیل در اثر جابجایی های کوچک پلاسما تعیین خواهد شد. اگر ‏‎w‎‏ کوچکترین مقدار مثبت خود را داشته باشد سیستم پایدار است، اگر ناحیه خارجی پلاسما خلا باشد هیچ قیدی وجود ندارد. وقتی ناحیه خارجی با پلاسمای بدون مقاومت جانشین شود قیود مرزی محیط و پلاسما مجددا حذف و حالت شبیه حالت خلا - پلاسما بشنوند یا خیر، به ترتیب خارجی یا داخلی می نامند.از بین ناپایداریهای پلاسما، شاید اکثر آنها که گاه منجر به نوسانات دندان اره ای و گسیختگی ها می شوند، ناپایداری پیچشی و ناپایداری پارگی می باشند. ناپایداری پیچشی به هر دو حالت داخلی و خارجی وجود دارد و از ناپایداریهای ناشی از جریان است. پیچش خارجی با کاهش جریان موازی پایدار می شود و برای جریان های ثبات با ساختمان چنبره ای با سطح مقطع کوچک و دایره ای می توان به پایداری رسید. پیچش داخلی کلا ضعیف تر است و در حقیقت برای توکامک فقط مد ‏‎m=1‎‏ داخلی وجود دارد که در آن نیز کاهش جریان و میزان کردن نسبت ظاهری پایدار می گردد. ناپایدارگی پارگی نیز به مقاومت محدود پلاسما مربوط می شود و در جریان وقوع آن خطوط میدان مغناطیسی پاره شده و مجددا به هم می پیوندند.در این پایان نامه، مدهای پیچشی و پارگی به تفصیل در دستگاههای محصورسازی پلاسما بویژه توکامک مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین چون این مدها در واقع مقدمه ای برای گسیختگی ها کوچک می باشد. با بررسی گسیختگی کوچک در توکامک نتیجه این ناپایداریها را بررسی کرده ایم، اما چون گسیختگی کوچک با تغییر اساسی در پارامترهای پلاسما همراه نیست و تنها روی منحنی شدت اشعه ایکس خروجی قابل مشاهده است تنها روش دقیق بررسی آن. روش توموگرافی است که این روش را برای داده های تجربی توکامک ‏‎ir-t1‎‏ بکار برده و نتایج را مورد تحلیل قرار داده ایم.