Динамо на пути от астрофизических моделей к лабораторному

ЯБ-100 Конференция, посвященная 100-летию со
дня рождения Я.Б.Зельдовича, Москва, ГАИШ. 2021 марта 2014 г.
Динамо на пути от астрофизических моделей к
лабораторному эксперименту
Д.Д. Соколов
МГУ
Р.А.Степанов,
П.Г.Фрик,
ИМСС, Пермь
Динамо- самовозбуждение магнитного поля в
потоке проводящей жидкости
Основной механизм, который приводит к
формированию магнитных полей небесных тел
До недавнего времени изучался чисто
теоретически – не было ни лабораторного
эксперимента, ни наблюдений того, что
определяет работу механизма.
Теперь есть!
В чем проблема: Лабораторный эксперимент.
Для лабораторного эксперимента. Все определяется магнитным
числом Рейнольдса
Rm = vL/ν_m
Набор сред очень ограничен. Лучше всего – жидкий натрий, а это –
гадость. Скорости тоже ограничены, можно играть на размерах, а
здесь все в пользу астрофизики. В небесных телах = 10^6 – 10^8
-очень легко, а в лаборатории 100 – предел современных
мечтаний. 17 – нижайший известный порог возбуждения.
Тем не менее, за каких-то 50 лет удалось дойти до плодотворних
экспериментов. Начало пути – 60-ые годы, Саласпилс под Ригой.
2000 – первое самовозбуждение, Латвия и Германия.
Современность – первые измерения альфа-эффекта – Россия, Пермь
В чем проблема: Наблюдения
Динамо – существенно трехмерный
процесс, нужны трехмерные скорости, а
доплер-эффект дает только лучевые
скорости.
Для магнитного поля легче (зееманэффект дает 3D), но тоже сложно.
Тем не менее, постепенно решается.
Здесь лидирует Китай, с которым
удается сотрудничать – спасибо РФФИ.
Восьмерка Зельдовича и альфа-эффект
BP
Ω
BT
Дифференциальное вращение
BT
α
BP
Спиральность
Альфа-эффект и спиральность
важны для нейтрино и для динамо
Аналогия между микрофизикой и астрофизикой
Bufferfly diagramm for current helicity
as observed at Huairou (Zhang,
Kuzanyan, Sokoloff, …. MNRAS)
Tilt butterfly diagram (Illarionov, Tlatov, Sokoloff,
MNRAS)
Первые динамо-эксперменты –
Очень большие установки и
очень дорого
Эксперимент в Перми – импульсное возбуждение течения
Гораздо меньше
установка и гораздо
дешевле, но тоже
дорого и трудно
ВАЖНАЯ РАЗВИЛКА
ЧТО ВОСПРОИЗВОДИТЬ?
В Лионе – само самовозбуждение и изучение
режимов
В Перми – измерение коэффициентов переноса
ВПЕРВЫЕ УДАЛОСЬ ИЗМЕРИТЬ АЛЬФУ И
КОЭФФИЦИЕНТ ТУРБУЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Результаты более-менее вписываются в теоретические
ожидания