Двадцать восьмая ОСНОВЫ МАГНИТНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ

Определение магнитной гидродинамики и краткая характеристика областей ее применения.

Магнитная гидродинамика — это область науки, в которой изучают поведение плазмы или проводящей жидкости (расплавленных металлов или солей) в магнитном или электромагнитном поле.

Плазмой называют полностью или частично ионизированный газ, в котором концентрация положительных или отрицательных ионов одинакова, а суммарный заряд в единице объема равен нулю. Этот газ в магнитогидродинамическом приближении можно рассматривать как своеобразную проводящую жидкость. При движении жидкости (плазмы) в магнитном (электромагнитном) поле в ней возникают электрические токи, взаимодействия которых с магнитным полем вызывают механические силы, влияющие на характер ее движения.

За последние годы магнитная гидродинамика особенно интенсивно развивалась в трех направлениях:

• 1) исследование космических проблем;
• 2) изучение способов воздействия на высокотемпературную плазму (ее термоизоляцию, импульсное ускорение; управляемую термоядерную реакцию);
• 3) разработка методов электромагнитного воздействия на жидкий металл при его плавке, транспортировке, дозировании.

В космосе имеется полностью ионизированный газ (плазма). Проводимость его в некоторых случаях приближается к проводимости металла. Если учесть, что ионизированные газы занимают колоссальные объемы, то, несмотря на большие расстояния между космическими телами, сопротивления между ними относительно невелики. В то же время магнитное поле в космосе может быть значительным. Так, регулярное магнитное поле солнца составляет приблизительно 25−10″⁴ Тл, а в области солнечных пятен достигает 0,2…0,4 Тл. Эти магнитные поля создают огромные медленно затухающие токи в плазме, взаимодействие которых с магнитным полем создает механические силы. Даже если силы и оказываются небольшими по числовому значению, то их влияние на движение плазмы значительно, так как они воздействуют на нее в течение длительного времени.

Различают высокотемпературную и низкотемпературную плазмы. По степени концентрации заряженных частиц плазму подразделяют на разреженную и на плазму с большой концентрацией. У высокотемпературной плазмы температура доходит до нескольких миллионов градусов. Низкотемпературная плазма имеет место, например, в столбе ионизированного газа при тлеющем и дуговом разрядах. Плазма с температурой в несколько тысяч градусов образуется, например, вблизи поверхности ракеты при ее вхождении в плотные слои атмосферы.

Магнитная гидродинамика наряду с другими науками является теоретической основой при разработке магнитогидродинамических генераторов, а также плазменных и ионных двигателей.

Применение жидкометаллических теплоносителей в паровых машинах и турбинах, охлаждение атомных реакторов щелочными металлами, натрием и калием, разлив и транспортировка жидкого металла в металлургии — все это вызвало потребность в магнитных насосах, вентилях, дозаторах.

При исследовании поведения проводящей жидкости в магнитном поле ее характеризуют проводимостью у и магнитной проницаемостью р_а. Значения у и ц_а полагают известными из молекулярно-кинетической теории. Точно так же, когда изучают поведение плазмы в магнитном поле, значения у и ц_а для нее считают известными из электронной теории. Обычно полагают, что среда является однородной и изотропной и что ее свойства не зависят от температуры. Однако при определенных условиях у плазмы может оказаться величиной тензорной, например у плазмы в области солнечной короны. Иногда необходимо рассматривать плазму как двух компонентную (не однокомпонентную) среду.