التوازن المستقر بواسطة حقل مغناطيسي متجمد

اذا وجد حقل مغنطيس متجمد داخل البلازما فانه سيعمل على تأمين استقرارها اي سيبعد عنها كل اوجه اللااستقرار غير انه من اجل الفعل العامل على الاستقرار لابد من ان تكون خطوط القوى المغنطيسية غير مقفلة داخل البلازما وانما مشبوكة او موثوقة الى نواقل معدنية صلبة تأخذ دور هذه النواقل في حالة التخصر الخطي الاقطاب الناقلة للتيار الى البلازما.

ان آلية استقرار البلازما بواسطة حقل مغنطيسي متجمد داخلها هي آلية بسيطة اذا كان الحقل متجمدا فان اية حركة للبلازما عبر خطوط القوى ستكون متعلقة بانحناء هذه الخطوط (انظر الشكل 1).

الشكل (1): اضطراب ممتط باتجاه يعامد شك خطوط القوة. a- في حالة كون اطراف خطوط القوة حرة. b- حالة اطراف خطوط القوة مقيدة.

يرتبط انحناء القوة بدوره بامتطاط(باستطالة) هذه الخطوط الذي تمانعه مرونتها (امتطاط الخطوط يتطلب بذل طاقة) اذا كانت اطراف او خطوط القوة مثبتة الى سطوح صلبة ناقلة فان مرونتها ستعاكس تشوهها وتحافظ بذلك على البلازما الملتصقة بها. يمكن القول ان خطوط القوة تكسب البلازما متانتها كما تفيد اطر قضبان الحديد في متانة البيتون المسلح.

تجدر الاشارة الى ان الحقل المغنطيسي الداخلي يعمل على استقرار البلازما فقط عندما يكون الحقل متجمدا داخلها، اي عندما تكون ناقلية البلازما عالية الى حد كاف. بينما يمكن ان ينشا مفعول معاكس في البلازما ضعيفة التاين بفعل الناقلية المنخفضة، يمكن للحقل المغناطيسي ان يسبب عدم الاستقرار في التيار المار على طول الحقل المغنطيسي في البلازما.

مثل هذه اللااستقرارية تحدث بواسطة قوة محركة ثقالية التي تؤثر على اي انحناء للتيار عند الاخلال بموازنة للحقل وتسعى الى قبل هذا الانحناء الى وضع يعامد الحقل المغنطيسي ووفقا لهذا يلاحظ في البلازما ضعيفة التاين ذات التيار الطولي "حقل مغنطيسي حرج" والذي اذا ما تم تجاوزه تنشأ في البلازما حالة انتثار شاذة عبر الحقل المغنطيسي ولكن حتى في البلازما ذات الناقلية المثالية لا يعطي الحقل المغنطيسي المتجمد فيها استقرارية تامة بالنسبة لكل انواع الاضطرابات الممكنة ففي حالة التضيق الخطي يجري الحصول على افضل استقرارية عندما يوجد داخل البلازما حقل مغنطيسي طولي فقط ويمر التيار على سطحه وبكلام اخر يتمركز الحقل المغنطيسي الطولي داخل البلازما والحقل الدائري خارجها هذان الحقلان منفصلان فراغيا عند مثل هذا الفصل للحقلين يمكن تأمين استقرارية التضيق بالنسبة لكافة انواع الاضطراب ذات العد السمتي m لا يساوي الواحد عن طريق حقل مغنطيسي طولي متجمد قوي كفاية مقارنة مع حقل مغنطيسي دائري خارجي للتيار الذاتي. من اجل تأمين استقرارية بالنسبة لاضطراب من نوع "عنق" M= 0 يكفي ان تكون شدة الحقل الداخلي مساوية على الاقل  من شدة الحقل الدائري الخارجي. اما الاضطرابات ذات الاعداد السمتية    عند حقول منفصلة فيتأمن استقرارها على نحو اسهل. لكن الاضطرابات من نوع افعى (m =1) ففيها يعمل الحقل المغنطيسي المتجمد على تامين استقرارها فقط من اجل اطوال موجية قصيرة . تتطلب استقرارية التضيق طويلة الموجة بالنسبة للنوع افعى استخدام طريقة اخرى في نوضع التضيق في غلاف ناقل ضيق كفاية. اذا كانت ناقلية البلازما كما هي في الغلاف عالية كفاية فلا يستطيع الحقل المغنطيسي التغلغل في اي من هذين الوسطين ويتشكل ما يعرف بالوسادة المرنة التي تمانع من تقاربهما.

وهكذا فان الجمع بين حقل طولي متجمد داخل البلازما وغلاف ناقل خارجها يسمح من حيث المبدأ تامين استقرارية تضيق ذي ناقلية مثالية بحقلين منفصلين بالنسبة لكل انواع الاضطرابات الهدرومغنطيسية . لكن الشرط المطلوب الا وهو فصل تام للحلقين الطولي والدائري يمكن ان يكون محققا فقط من خلال زمن اصغر من زمن النفوذ الجلدي. فاذا مر التيار ليس فقط على السطح وانما كان موزعا داخل البلازما ايضا فان فصل الحقلين لن يكون . ان انتثار الحق المغنطيسي بفعل الناقلية المحدودة يؤدي الى اختلاط الحقلين ويتشكل عوضا عن الحقلين الطولي والدائري حقل لولبي. بوجود مثل هذا الحقل اللولبي ، لا يمكن ان يتامن استقرار الاضطرابات اللولبية ذات نفس الخطوط اللولبية كما في الحقل بطريقة رفع بسيط لشدة الحقل من اجل تامين استقرار البلازما بالنسبة لمثل هذه الاضطرابات لابد من تشويش خطوط القوة المغنطيسية بحيث تعمل مرونتها على مقاومة اي اضطراب. لبلوغ هذا الوضع بالنسبة للتضيق يمكن تطبيق حقل خارجي الذي يعاكس اتجاهه اتجاه الحقل الداخلي. اعتبر التشكيلة الخاصة بالحقل اللولبي من الامكانيات الاكثر اتساعا بشكل محسوس لتامين الاستقرارية التي يقوم عليها مبدأ الستيلاراتور.