Velocity shear instabilities in high-β collisionless plasmas

Summary

Possible instabilities of a collisionless magnetized plasma of arbitrary β in the presence of parallel velocity shear are investigated, for arbitrary direction of wave propagation. A local instability analysis of two-fluid equations, including the effect of finite Larmor radius for the plasma ions, leads to instability prediction, for wave propagation almost perpendicular to the magnetic-field direction, both for Alfvén and slow magnetosonic modes. For propagation within a cone around the magnetic-field direction, only Alfvén incompressible waves are found to be unstable. At small values of the velocity shear, the unstable cones narrow around the two directions perpendicular and parallel toB. Instability criteria are derived and discussed in detail.

Riassunto

Si sono esaminate possibili instabilità in un plasma magnetizzato non collisionale, di β arbitrario, in flusso non uniforme parallelo al campo magnetico, per direzioni di propagazione qualunque delle onde. Un'analisi locale di stabilità su equazioni a due fluidi, con l'inclusione di effetti di raggio di Larmor finito per gli ioni, conduce a predire instabilità, sia per onde di Alfvén che per onde magnetosoniche lente, per direzioni di propagazione quasi perpendicolari alla direzione del campo magnetico. Per propagazione in un cono attorno alla direzione del campo magnetico, risulta che solo onde incompressibili alfvéniche possono essere instabili. Per piccoli valori del gradiente di velocità, i coni di onde instabili si restringono attorno alle due direzioni perpendicolare e parallela aB. I criteri di instabilità vengono derivati e discussi in dettaglio.

Резюме

Исследуется возможность неустойчивости в магнитной плазме без столкновений с произвольным β в неоднородном потоке, параллельном магнитному полю, для любого направления распространения волны. Локальный анализ стабильности в уравнениях для двух жидкостей, с учетом эффекта конечности ларморовского радиуса ионов, предсказывает неустойчивость для волн Альфвена, для медленных магнитозвуковых волн, при иаправлении распространения почти перпендикулярно направлению магнитного поля. При распространении в конусе вокруг направления магнитного поля получен результат, что только альфвеновские несжимаемые волны могут быть неустойчнвыми. Для малых значений градиента скорости конусы неустойчивых волн стягиваются вокруг двух направлений, перпендикулярного и параллельногоB. Подробно выводятся и обсуждаются критерии неустойчивости.