Столкновения и плазменные волны в неидеальной плазме

• Автор: Морозов, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы

§ 1.1 Плазменные волны в идеальной плазме

§ 1.2 Теория равновесной неидеальной плазмы

§ 1.3 Моделирование равновесной неидеальной плазмы

§ 1.4 Стохастические свойства

§ 1.5 Неравновесная неидеальная плазма: теория и моделирование

§ 1.6 Экспериментальные исследования неидеальной плазмы

Глава 2. Столкновения в равновесной плазме

§ 2.1 Моделирование неидеальной плазмы методом молекулярной

динамики
§ 2.2 Статические свойства неидеальной плазмы
§ 2.3 Расчет проводимости из автокоррелятора тока
§ 2.4 Эффективная частота столкновений
Глава 3. Плазменные волны в равновесной плазме
§ 3.1 Ленгмюровские плазменные волны в идеальной плазме
§ 3.2 Динамический структурный фактор идеальной и неидеальной
плазмы
§ 3.3 Дисперсия и затухание ленгмюровских плазменных волн в
неидеальной плазме
Глава 4. Стохастические свойства равновесной плазмы
§ 4.1 Экспоненциальное разбегание траекторий электронов
§ 4.2 Экспоненциальное разбегание траекторий ионов
§ 4.3 Время динамической памяти
Глава 5. Релаксация энергии в неизотермической плазме
§ 5.1 Основные стадии релаксации в идеальной и неидеальной
плазме
§ 5.2 Длительность неэкспоненциальной релаксации

§ 5.3 Характерное время экспоненциальной релаксации
Глава 6. Коэффициент отражения от плоского слоя плазмы
§ 6.1 Обсуждение экспериментальных данных
§ 6.2 Расчет коэффициента отражения методом МД
§ 6.3 Определение профиля электронной концентрации на фронте
ударной волны
§ 6.4 Влияние неравновесности на поглощение излучения
Заключение
Список цитированной литературы

Введение
Диссертация посвящена теоретическому исследованию плазменных волн и характера столкновений частиц в двухкомпонентной неидеальной плазме, состоящей из электронов и однократно заряженных ионов, на основе компьютерного моделирования методом молекулярной динамики (МД).
Актуальность работы определяется тем, что развитие экспериментальной техники в последнем десятилетии привело к возможности получения и исследования вещества в экстремальных состояниях, в частности, неидеальной плазмы. Неидеальная плазма изучается экспериментально в ударных волнах в газах и твердых телах, при электровзрыве проводников, при воздействии мощных электронных пучков и коротких лазерных импульсов на твердотельные и газовые мишени. Стоит также упомянуть неидеальную плазму, получаемую при взаимодействии мощных электронных пучков с микроструктурами, капиллярный и искровой разряды, астрофизические задачи описания атмосферы звезд.
В работах по измерению проводимости, времени релаксации энергии в неизотермической плазме, коэффициента отражения были обнаружены эффекты, которые не удается описать на основе имеющейся теории. Поэтому интерес к построению теоретических моделей неидеальной плазмы в настоящее время достаточно велик.
Теория идеальной плазмы развивается достаточно давно (Лифшиц, Питаевский, Арцимович, Сагдеев, Александров, Богданкевич, Рухадзе [1-3]). В рамках этой теории были построены модели для диэлектрической проницаемости и проводимости плазмы, обнаружены и изучены различные виды плазменных волн в равновесном и неравновесном случаях. Эти модели подтверждаются многочисленными экспериментами. Существование плазменных волн обуславливает практически все многообразие явлений в идеальной плазме. Многие из этих явлений имеют широкое практическое применение (распространение радиоволн в атмосфере, диагностика плазмы излучением, плазменные барьеры и др.).
К сожалению, экстраполяция результатов теории идеальной плазмы в область неидеальности для большинства задач приводит к неправиль-

Если на каком либо из этапов тестирования наблюдается отклонение температуры электронов или ионов на величину большую, чем величина термодинамических флуктуаций, процедура установления равновесия повторяется с этапа 2.
Как показывают вычисления, полученное таким образом состояние МД системы имеет максвелловское распределение электронов и ионов по скоростям. Температуры подсистем, распределения по скоростям и бинарные функции распределения не изменяются при дальнейшем решении уравнений движения.
Равновесные МД траектории, рассчитанные для систем, полученных указанным выше способом, используются во всех последующих главах для определения статических и динамических свойств неидеальной плазмы.
§ 2.2 Статические свойства неидеальной плазмы
Статические свойства неидеальной плазмы, такие как энергия взаимодействия, бинарные функции распределения, структурный фактор, изучались во многих предшествующих работах методами МД и Монте-Карло (см., например, [4,9,42]). Тем не менее, эти расчеты стоит повторить по двум причинам. Во-первых, они являются хорошей тестовой задачей для используемой программы моделирования. А во-вторых, возросшие компьютерные возможности позволяют сейчас получать указанные величины с гораздо большей точностью.
Для определения бинарных корреляционных функции рассчитывается достаточно длинная равновесная МД траектория. Типичная длина траектории составляет Т = 200—1000те, где те = 2тг/а>р — период электронных плазменных колебаний). На этой траектории выбирается I = 5000 — 20000 конфигураций частиц, по которым производится усреднение бинарных корреляционных функций
МГ)=К(,К(Г-Р)Ц (2б)
Пс 'П'(
где пс(г) — одночастичная функция распределения, а пс — средняя концентрация.
Потенциал эффективного взаимодействия С/с^(г) связан с бинарными функциями через распределение Больцмана
9ы(г) = ехр {-ДГ^г} • (2-7)