Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Измерение топологии магнитного поля
Measure of magnetic field topology
В физике плазмы магнитная helicity (геличность) является мерой сцепленности, скручивания и извитости магнитного поля. Магнитная helicity – важная концепция в анализе астрофизических систем, где сопротивление может быть очень низким, вследствие чего магнитная helicity сохраняется с хорошей точностью. На практике, динамика магнитной helicity важна при анализе солнечных вспышек и корональных выбросов массы. Магнитная helicity присутствует в солнечном ветре. Ее сохранение существенно в процессах динамо, а также играет роль в исследованиях термоядерного синтеза, таких как эксперименты с обратным полевым защемлением. Когда магнитное поле содержит магнитную helicity, оно склонно формировать крупномасштабные структуры из мелкомасштабных. Этот процесс можно назвать обратным переносом в пространстве Фурье. Это свойство увеличения масштаба структур делает магнитную helicity особенной в трех измерениях, поскольку другие трехмерные течения в обычной гидродинамике имеют противоположное поведение – они турбулентны и склонны к "разрушению" структуры, в том смысле, что крупномасштабные вихри распадаются на более мелкие, пока не диссипируют через вязкие эффекты в тепло. В противоположном, но обратном процессе, для магнитных вихрей происходит обратное: небольшие спиральные структуры с ненулевой магнитной helicity объединяются и формируют крупномасштабные магнитные поля. Это проявляется в динамике гелиосферного токового листа – крупной магнитной структуры в Солнечной системе.
In plasma physics, magnetic helicity is a measure of the linkage, twist, and writhe of a magnetic field. Magnetic helicity is a significant concept in the analysis of astrophysical systems, where the resistivity may be very low, so that magnetic helicity is conserved to a good approximation. In practice, magnetic helicity dynamics are important in analyzing solar flares and coronal mass ejections. Magnetic helicity is present in the solar wind. Its conservation is significant in dynamo processes, and it also plays a role in fusion research, such as reversed field pinch experiments. When a magnetic field contains magnetic helicity, it tends to form large scale structures from small scale ones. This process can be referred to as an inverse transfer in Fourier space. This property of increasing the scale of structures makes magnetic helicity special in three dimensions, as other three dimensional flows in ordinary fluid mechanics are the opposite, being turbulent and having the tendency to "destroy" structure, in the sense that large scale vortices break up into smaller ones, until dissipating through viscous effects into heat. Through a parallel but inverted process, the opposite happens for magnetic vortices, where small helical structures with non zero magnetic helicity combine and form large scale magnetic fields. This is visible in the dynamics of the heliospheric current sheet, a large magnetic structure in the Solar System.
Математическое определение
Как правило, спиральность гладкого векторного поля, ограниченного объемом, является стандартной мерой того, насколько линии поля закручиваются и обвиваются друг вокруг друга. Магнитная спиральность измеряется в единицах квадрата магнитного потока: Вб² (вебер в квадрате) в системе СИ и Мх² (максвелл в квадрате) в гауссовой системе единиц.
Generally, the helicity of a smooth vector field confined to a volume is the standard measure of the extent to which the field lines wrap and coil around one another. Magnetic helicity has units of magnetic flux squared: Wb2 (webers squared) in SI units and Mx2 (maxwells squared) in Gaussian Units.
Расчетные параметры
Магнитная спиральность – величина, зависящая от выбора калибровоки, поскольку её можно переопределить, добавив к ней градиент (выбор калибровоки). Однако для идеально проводящих границ или периодических систем без суммарного магнитного потока, магнитная спиральность, содержащаяся во всей области, является инвариантной относительно калибровоки.
Magnetic helicity is a gauge dependent quantity, because can be redefined by adding a gradient to it (gauge choosing). However, for perfectly conducting boundaries or periodic systems without a net magnetic flux, the magnetic helicity contained in the whole domain is gauge invariant,