Сборник «Физика высокотемпературной плазмы» представляет собой в сущности коллективную монографию, в основе которой лежат обзоры из первых двух томов серии «Успехи физики плазмы», вышедших в США в 1968—1969 гг. под редакцией известных физиков А. Саймона и У. Томпсона. Обзоры, включённые в сборник, тематически образуют единое целое и охватывают широкий комплекс проблем, связанных как с общими вопросами излучения, устойчивости и термодинамики высокотемпературной плазмы, так и с рядом специфических особенностей моделирования такой плазмы и исследования уже известных физических явлений, например, ударных волн.

Предлагаемые вниманию читателя обзоры принадлежат перу крупнейших учёных-плазмистов: Даусону, Фаулеру, Кроллу, Фюрту, Д'Анджело, Чу и Гроссу.

Данный сборник отражает современную точку зрения на затронутые в нём вопросы и может представлять значительный интерес для широкого круга читателей — от студентов-физиков до специалистов, интересующихся собственно физикой плазмы, проблемами управляемого термоядерного синтеза, плазменными источниками света и иными возможными приложениями явлений, связанных с физикой горячей плазмы.

В предлагаемый читателю сборник «Физика высокотемпературной плазмы» вошли обзоры из первых двух томов серии «Успехи физики плазмы», изданных в США в 1968—1969 гг. под редакцией проф. А. Саймона и У. Томпсона. Из этих томов были выбраны только те обзоры, которые охватывают проблемы физики высокотемпературной плазмы и, таким образом, составляют единое целое. Обзоры, относящиеся к проблемам низкотемпературной и космической плазм, опущены.

Данный сборник затрагивает важнейшие вопросы физики высокотемпературной плазмы. Конечно, вызывает сожаление отсутствие обзоров, посвящённых явлениям переноса, равновесия и устойчивости плазмы в тороидальных магнитных системах с учётом существования в них двух классов частиц пролётных и запертых. Правда, справедливости ради надо сказать, что таких обзоров пока вообще нет в мировой литературе. В сборник не вошли статьи и по некоторым другим вопросам, например по турбулентному нагреву и взаимодействию пучков с плазмой, но эти проблемы хорошо освещены в имеющихся на русском языке монографиях и обзорах.

Сборник открывается статьёй Даусона, посвящённой излучению плазмы. В этой статье изложен классический устоявшийся материал, который так и просится в учебник. Здесь читатель найдёт не только расчёты излучения плазмы, но и обсуждение взаимодействия СВЧ излучения с плазмой. В связи с этим следует отметить, что в статье Даусона не нашли отражения исследования последних лет по аномальному линейному и нелинейному поглощению и трансформации лазерного и СВЧ излучений в плазме.

В статье Фаулера сделана попытка подытожить результаты пока ещё не получившей достаточного развития термодинамики неустойчивой плазмы. Во всяком случае, всегда важно знать оценки термодинамических пределов развития различных типов неустойчивости. Статья даёт вполне достаточно материала для таких оценок.

Дрейфовые волны, открытые советскими физиками, являются основой для исследования лабораторной плазмы с неизбежно малыми размерами и большими градиентами плотности и температуры. В обстоятельной, но несколько сухой статье Кролла подробно изложен этот вопрос с необходимыми математическими выкладками и деталями и дана очень чёткая классификация дрейфовых неустойчивостей. Лучше всего о цели статьи сказал сам автор: «Главная цель данной статьи состоит в том, чтобы показать, какие параметры должны быть определены из эксперимента, прежде чем можно будет сделать с достаточной точностью обоснованное теоретическое предсказание». Приведем ещё одну выдержку из этой статьи, содержащую некоторые предсказания: «Исследование дрейфовых неустойчивостей продолжается главным образом в направлении более тщательного учёта свойств конкретных конфигураций, а не учёта каких-либо новых явлений».

Как обычно, предсказания очень часто оказываются неточными, и уже сейчас можно сказать, что благодаря открытию нового физического эффекта неустойчивости на запертых частицах произведено уточнение в теории дрейфовых волн. Проблемам устойчивости плазмы посвящены два тома недавно вышедшей прекрасной книги А. Б. Михайловского «Теория плазменных неустойчивостей» (Атомиздат, М., 1971), к которой мы и отсылаем читателя.

Статья Фюрта по своему стилю в какой-то степени противоположна статье Кролла. В ней практически отсутствуют выкладки, многие объяснения даны на фигурах и в подписях к ним. Автор использует литературные приёмы, доставившие много хлопот переводчикам и редактору. Стабилизация с помощью «магнитной ямы» стала знаменита после работ, выполненных под руководством М. С. Иоффе в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова. (За цикл этих работ в 1970 г. была присуждена Государственная премия.) М. С. Иоффе работал с прямолинейными магнитными ловушками. Непосредственно применять этот метод в тороидальных системах невозможно (если только не использовать релятивистские пучки электронов или протонов). В статье рассматривается некоторый эрзац этого метода: «минимум среднего B». Проблема эта очень важна и интересна, однако здесь следует сделать небольшое замечание, частично отражённое в подстрочных примечаниях. Наиболее просто метод стабилизации с помощью «минимума среднего B» осуществляется в мультипольных системах с замкнутыми силовыми линиями. Первые же эксперименты, описанные в статье, по-видимому, давали основания для оптимизма. Уровень колебаний плотности плазмы в таких системах сильно снижался. Всякие пересчёты свидетельствовали якобы об очень сильном увеличении времени удержания плазмы. На самом же деле в системах с замкнутыми силовыми линиями, несмотря на уменьшение уровня флуктуаций, время удержания плазмы очень мало. Оказалось, что в плазме возникают конвективные ячейки, существование которых проявляется не в росте флуктуаций, а в росте пространственной неоднородности плазмы вдоль магнитной поверхности. Поэтому к словам автора о преимуществах систем с замкнутыми силовыми линиями следует отнестись с осторожностью. Если не будет найден метод борьбы с возникновением конвективных ячеек, то придётся отказаться от конфигураций магнитного поля с замкнутыми силовыми линиями.

Статья Д'Анджело посвящена спокойной и холодной цезиевой плазме. Однако нет сомнения, что исследования термически ионизованной плазмы в Q-машинах есть часть программы по физике высокотемпературной плазмы и по проблеме управляемого термоядерного синтеза. В этих работах моделируются условия, присущие установкам с высокотемпературной плазмой. Можно без преувеличения сказать, что только на Q-машинах удалось однозначно установить моды колебаний — идентифицировать неустойчивости и проверить методы их подавления. Цезиевая плазма использовалась также для инжекции в стелларатор. Читатель найдёт в статье подробное описание как методов создания и измерения параметров плазмы, так и основные физические результаты.

Последняя статья посвящена ударным волнам в плазме. Написана она известными учёными Чу и Гроссом. По своей обстоятельности и ясности эта работа, безусловно, представляет собой примечательное явление в научной литературе. Авторы правы, когда они пишут: «Чтобы создать и изучить высокотемпературную плазму, нам необходимо глубоко понимать физику сильных ударных волн».

В целом, хотя все обзоры, вошедшие в настоящий сборник, писались авторами независимо и американские редакторы не сделали попыток унифицировать стиль изложения и снабдить работы перекрёстными ссылками, читатель получит не случайный набор обзоров, а как бы коллективную монографию, отражающую современные представления о физике высокотемпературной плазмы.

В заключение хотелось бы поблагодарить проф. Г. Фюрта, приславшего дополнение к своей статье, в котором учтены новые работы, выполненные до июля 1971 г.

Перевод обзоров был осуществлён И. С. Данилкиным и С. Е. Гребенщиковым.

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
М. Рабинович

Книги на ту же тему

1. Физика лазерного термоядерного синтеза, Басов Н. Г., Лебо И. Г., Розанов В. Б., 1988
2. Коллективные явления в плазме. — 2-е изд., испр. и доп., Кадомцев Б. Б., 1988
3. Управляемые термоядерные реакции, Арцимович Л. А., 1961
4. Газовая электроника и физика плазмы в задачах, Швилкин Б. Н., 1978
5. Основы электродинамики плазмы: Учебник для физических специальностей университетов. — 2-е изд., перераб. и доп., Александров А. Ф., Богданкевич Л. С., Рухадзе А. А., 1988
6. Волны в магнитоактивной плазме. — 2-е изд., перераб., Гинзбург В. Л., Рухадзе А. А., 1975
7. Лекции по физике плазмы, Синельников К. Д., Руткевич Б. Н., 1964
8. Основные принципы физики плазмы, Ишимару С., 1975
9. Волны в магнитоактивной плазме, Гинзбург В. Л., Рухадзе А. А., 1970
10. Классические задачи физики горячей плазмы: Курс лекций, Ильгисонис В. И., 2015
11. Лекции по физике плазмы, Франк-Каменецкий Д. А., 1964
12. Введение в физику плазмы, Чен Ф., 1987
13. Управляемый термоядерный синтез, Киллин Д., ред., 1980
14. Основы физики плазмы, Голант В. Е., Жилинский А. П., Сахаров И. Е., 1977
15. Сверхвысокочастотные методы исследования плазмы, Голант В. Е., 1968
16. Труды ФИАН; Т. 203. Рентгеновская диагностика лазерной термоядерной плазмы, Склизков Г. В., ред., 1990
17. Спектроскопия плазмы с квазимонохроматическими электрическими полями, Окс Е. А., 1990
18. Современные методы исследования плазмы, Русанов В. Д., 1962
19. Микроволновая диагностика плазмы, Хилд М., Уортон С., 1968
20. Методы исследования плазмы: Спектроскопия, лазеры, зонды, Лохте-Хольтгревен В., ред., 1971
21. Рассеяние электромагнитного излучения в плазме, Шеффилд Д., 1978
22. Диагностика плотной плазмы, Басов Н. Г., Захаренков Ю. А., Рупасов А. А., Склизков Г. В., Шиканов А. С., 1989
23. Элементарные процессы в плазме щелочных металлов, Ключарев А. Н., Янсон М. Л., 1988
24. Стеллараторы, 1991
25. Неустойчивости плазмы в магнитных ловушках, Михайловский А. Б., 1978
26. Волны в анизотропной плазме, Эллис В., Буксбаум С., Берс А., 1966
27. Физические процессы в плазме токамака, Мирнов С. В., 1983
28. Физика плазмы и магнитная гидродинамика, Рабинович М. С., ред., 1961
29. Взаимодействие сильных электромагнитных полей с плазмой, Геккер И. Р., 1978
30. Введение в нелинейную физику плазмы, Кингсеп А. С., 2004
31. Взаимодействие лазерного излучения сверхвысокой интенсивности с плазмой, Коробкин В. В., ред., 1995
32. Математическое моделирование плазмы. — 2-е изд., перераб. и доп., Днестровский Ю. Н., Костомаров Д. П., 1993
33. Физика плазмы и численное моделирование, Бэдсел Ч., Ленгдон А., 1989
34. Численные модели плазмы и процессы пересоединения, Березин Ю. А., Дудникова Г. И., 1985
35. Метод частиц в динамике разреженной плазмы, Березин Ю. А., Вшивков В. А., 1980
36. Вопросы теории плазмы. Выпуск 16, Кадомцев Б. Б., ред., 1987
37. Вопросы теории плазмы. Выпуск 11, Леонтович М. А., Кадомцев Б. Б., ред., 1982
38. Вопросы теории плазмы. Выпуск 9, Михайловский А. Б., ред., 1979
39. Вопросы теории плазмы. Выпуск 12, Леонтович М. А., Кадомцев Б. Б., ред., 1982
40. Вопросы теории плазмы. Выпуск 8, Леонтович М. А., ред., 1974
41. Вопросы теории плазмы. Выпуск 7, Леонтович М. А., ред., 1973
42. Вопросы теории плазмы. Выпуск 1, Леонтович М. А., ред., 1963
43. Вопросы теории плазмы. Выпуск 4, Леонтович М. А., ред., 1964
44. Вопросы теории плазмы. Выпуск 10, Михайловский А. Б., ред., 1980
45. Вопросы теории плазмы. Выпуск 18, Кадомцев Б. Б., ред., 1990
46. Вопросы теории плазмы. Выпуск 2, Леонтович М. А., ред., 1963
47. Вопросы теории плазмы. Выпуск 17, Кадомцев Б. Б., ред., 1989
48. Вопросы теории плазмы. Выпуск 3, Леонтович М. А., ред., 1963
49. Итоги науки и техники: Физика плазмы. Том 2, Шафранов В. Д., ред., 1981
50. Итоги науки и техники: Физика плазмы. Том 3, Шафранов В. Д., ред., 1982
51. Итоги науки и техники: Физика плазмы. Том 4, Шафранов В. Д., ред., 1983