Самосогласованная турбулентная конвекция замагниченной плазмы

Показано, что низкочастотная вихревая конвекция, самосогласованно развивающаяся в замагниченной плазме, может приводить к недиффузионным транспортным процессам, аналогичным тем, что наблюдаются в различных системах магнитного удержания плазмы. Для теоретического исследования такой конвекции предложен подход, основанный на прямом компьютерном моделировании квазидвумерной нелинейной динамики слабодиссипативной плазмы с использованием адиабатически-редуцированных уравнений гидродинамического типа. Полученные уравнения обеспечивают описание как относительно быстрых нелинейных конвективных течений, так и более медленных результирующих транспортных процессов и позволяют моделировать эволюцию плазмы на достаточно больших временах, сравнимых с ее временем жизни. Моделирование показало, что развитие конвекции приводит к формированию нелинейных крупномасштабных стохастических вихревых структур, которые демонстрируют широкие степенные спектры по частотам и волновым числам, негауссову статистику флуктуаций и соответствуют представлениям о структурной турбулентности. Результирующие транспортные процессы являются нелокальными, недиффузионными и обладают рядом характерных свойств, аналогичных тем, что наблюдаются в реальных экспериментах. К числу таких свойств относятся самосогласованность профилей давления и плотности плазмы, $L$-$H$-переходы, пинч примесей и другие.