Численное моделирование коллапса и турбулентности колебаний плазмы вблизи нижнего гибридного резонанса

• Автор: Кирпичников, Александр Петрович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 161 c. : ил

Диссертация посвящена численному исследованию проблем сильной турбулентности колебаний магнитоактивной плазмы вблизи частоты нижнего гибридного резонанса.
Выбор темы определен следующими основными обстоятельствами. Исследование сильно нелинейных явлений в плазме, приводящих к появлению особенностей в поведении электромагнитных полей и плотности плазмы, в настоящее время привлекает значительное внимание. Одним из них является ленгмюровский коллапс [1,2] и связанная с ним сильная турбулентность ленгмюровских колебаний [3,4] . Эти явления сейчас исследованы подробно, и здесь хотелось бы отметить только тот факт, что коллапс ленгмюровских колебаний возможен в силу закона дисперсии ленгмюровских колебаний
масса и температура электронов плазмы.
Из (I) следует, что если в плазме имеется интенсивный газ плазмонов, то в областях повышенной интенсивности плазмонов возникают ямки плотности плазмы, играющие роль потенциальных ям для плазмонов. При этом происходит накопление плазмонов в этих ямках, приводящее к ещё большему их углублению с одновременным уменьшением их пространственных размеров.
Физический смысл модуляционной неустойчивости состоит в том, что при случайном возрастании локальной плотности энергии шумов
где -
(I)
- электронная лингмюровская частота
усреднённая сила -'V
(так называ-

емая сила Миллера С б! ), дейтвующая на электроны плазмы, выталкивает их из области локализации. Поле разделения зарядов вытяги-^/' вает и ионы, так что образуется минимум плотности плазмы, в котором заперты ленгмюровские шумы. В следствие этого появляются каверны, в которых максимуму поля соответствует минимум плотности.
В соответствии с законом дисперсии (I) сила, действующая на плаз-моны 5 направлена к центру ямы, а значит, достаточно медленные плазмоны захватываются в яму, что, в свою очередь, увеличивает высокочастотное давление. Тем самым возрастает деформация профиля плотности, потенциальная яма для плазмонов становится глубже, что приводит к дальнейшему росту локальной интенсивности ленгмюровских волн и высокочастотного давления. Коллапсом называется явление взрывного охлопывания образующихся при модуляционной неустойчивости каверн с плазмонами, при этом за конечное время каверны охлопываются до размеров, при которых становятся существенными процессы поглощения энергии из-за затухания Ландау или пересечения электронных траекторий 6-10 .
Для порогового значения энергии колебаний, при которой становятся существенными нелинейные эффекты в развитии модуляционной неустойчивости, справедливо энергетическое соотношение
Воспользовавшись тем, что электрическое поле плазменной волны
где - тепловая скорость электронов, ф - потенциал волны.
ного ПОЛЯ
. Важная особенность турбулентности в области магнитозвуковых волн, следующая из закона дисперсии (2.1), состоит в том, что максимальная вариация плотности плазмы и соответственно максимальная амплитуда поля в схлопыКоллапс в этих условиях невозможен, и коротковолновая перекачка магнитозвуковых волн связана только с модуляционной неустойчивостью. Колебания перекачиваются в область малых длин волн
где рассматриваемая ветвь магнитозвуковых волн сшивается с электростатической ветвью нижнегибридного резонанса (см. рис.14).
и, согласно результатам I главы, допускает существование коллапса. Аналитическому исследованию магнитозвуковой турбулентности и бесстолкновительного механизма диссипации энергии, связанного с эстафетной перекачкой по спектру магнитозвуковых волн, посвящена
ция мощной магнитозвуковой волны, которая связана с эстафетной перекачкой энергии по спектру магнитозвуковых волн в область нижнего гибридного резонанса в результате модуляционной неустойчивое/ ти и коллапса. Бесстолкновительная диссипация энергии в области нижнего гибридного резонанса обусловлена резонансным поглощением запертых в коллапсирующих кавернах плазмонов ионами и электронами плазмы. Тем самым, теорией диссипации энергии волн, обладающих законом дисперсии (2.1), является теория сильной турбулентности плазмы в области частот нижнего гибридного резонанса.
вающейся каверне
ограничена
работа £ 5А 3. В настоящей главе численно исследуется диссипа-