等離子體偏離熱力學平衡的性質。大體有兩類方式。一類是等離子體宏觀參量如密度、溫度、壓強及其他熱力學量的不均勻性,由此產生的不穩(wěn)定性使等離子體整體的形狀改變,稱為宏觀不穩(wěn)定性或位形空間不穩(wěn)定性,可用磁流體力學分析,故又稱磁流體力學不穩(wěn)定性。另一類是等離子體的速度空間分布函數(shù)偏離麥克斯韋分布 ,由此產生的不穩(wěn)定性稱為微觀不穩(wěn)定性或速度空間不穩(wěn)定性,可用等離子體動力論分析,故又稱動力論不穩(wěn)定性。
等離子體的不穩(wěn)定性(無論宏觀、微觀)也可按引起它的驅動能量分類。如磁能引起的電流不穩(wěn)定性;等離子體向弱磁場區(qū)膨脹時膨脹能引起的交換不穩(wěn)定性;密度、溫度梯度產生的等離子體膨脹能引起的漂移不穩(wěn)定性;非麥克斯韋分布或壓強各向異性對應的自由能引起的速度空間不穩(wěn)定性等。
等離子體中種類多樣的不穩(wěn)定性會導致帶電粒子的逃逸或輸運系數(shù)的異常增大,破壞等離子體的約束或限制約束時間。因此,研究等離子體的各種不穩(wěn)定性,闡明其物理機制,探索穩(wěn)定化的方法,一直是受控熱核聚變研究的一個中心課題,也是等離子體物理學的重要內容。
如果等離子體柱僅由其中縱向電流產生的角向磁場約束,則稍有擾動后,因收縮處向內的磁壓增大,更趨收縮,膨脹處向內的磁壓減小,更趨膨脹,形如臘腸,故稱臘腸不穩(wěn)定性,它可切斷等離子體,附加縱向磁場抵制收縮和膨脹,即可使之穩(wěn)定。如果載有縱向強電流的等離子體柱受擾動稍有彎曲,則凹部磁場增強,凸部減弱,由此引起的磁壓之差使擾動擴大,等離子體柱將很快彎曲甚至形成螺旋線,這是扭曲不穩(wěn)定性,可用縱向磁場使之穩(wěn)定。如果水在上、油在下,則稍有擾動便在重力作用下互換,等離子體中與此類似的不穩(wěn)定性稱為互換不穩(wěn)定性。以上數(shù)例均屬宏觀不穩(wěn)定性。