Theoretical features of anomalous resistivity in a turbulent plasma confined in a strong magnetic field

Summary

The problem of anomalous resistivity observed in plasmas confined in a strong magnetic field is discussed with regard to the low and high electric-field regimes. For low applied electric field andT _e>T _i the effect of a turbulent spectrum of ion-sound waves is investigated. With respect to previous treatments nonlinear effects such as broadening of the resonances between particles and waves and correlations among the waves are taken into consideration. Due to these effects a higher resistivity enhancement is found than from conventional theories of ion-sound turbulence, which however is still low with respect to that observed in the experiments. Possible explanations are suggested. In the high-electric-field regime the possibility is discussed of the presence of a second spectrum of electron plasma waves. The conditions are given for which a decay of the latter waves into ion waves can explain the observed behaviour of the anomalous resistivity.

Riassunto

Il problema della resistività anomala osservata in plasmi confinati in un forte campo magnetico viene discusso in relazione a regimi di basso e alto campo elettrico. Rispetto a precedenti studi qui si considerano anche effetti non lineari come l’allargamento della zona delle risonanze fra particelle e onde, e le correlazioni fra le onde stesse. A causa di questi effetti si trovano aumenti di resistività maggiori di quelli ottenuti in teorie convenzionali, ma ancora più bassi di quelli osservati negli esperimenti. Nel regime di alto campo elettrico si discuté la possibilità che un secondo spettro di onde di plasma venga eccitato. Si ottengono le condizioni per le quali un decadimento di queste ultime in onde ionico-acustiche possa spiegare l’aspetto della resistività anomala osservato sperimentalmente.

Резюме

Обсуждается проблема аномального сопротивления, наблюдаемого в плазме, помещенной в сильное магнитное поле, в случае слабого и сильного электрических полей. При наложении слабого электрического поля иT _e>T _i исследуется влияние турбулентного спектра на ион-звуковые волны. По сравнению с предыдущими исследованиями в этой работе рассматриваются нелинейные эффекты, такие как уширение резонансов между частицами и волнами и корреляции между волнами. Из-за этих эффектов получается большее увеличение сопротивления, чем в общепринятых теориях ион-эвуковой турбулентности, которое, однако, еще мало по сравнению с эспериментальным сопротивлением. Предлагаются возможные объяснения. В случае силъного злектрического поля обсуждается возможностъ наличия второго спектра злектронных плазменных волн. Приводятся условия, при которых распад последних волн на ионные волны может общяснить набюдаемое поведение аномального сопротивления.