О численном моделировании медленной необыкновенной волны в магнитоактивной плазме

Авторы

DOI:

https://doi.org/10.26089/NumMet.v21r434

Ключевые слова:

магнитоактивная плазма, численное моделирование, метод Фурье, метод конечных разностей, плазменные колебания, медленная необыкновенная волна

Аннотация

Численно и аналитически исследовано влияние внешнего магнитного поля на плоские нерелятивистские нелинейные плазменные колебания. Для инициализации медленной необыкновенной волны в магнитоактивной плазме предложен способ построения недостающих начальных условий на основе решения линейной задачи методом Фурье. С целью численного моделирования нелинейной волны построена схема метода конечных разностей второго порядка точности типа МакКормака на основе эйлеровых переменных. Показано, что при учете внешнего магнитного поля ленгмюровские колебания трансформируются в медленную необыкновенную волну, энергия которой вибрирует при перемещении от начала координат. При этом скорость волны увеличивается с ростом внешнего постоянного поля, что способствует выносу энергии из первоначальной области локализации колебаний.

Авторы

А. А. Фролов

Физический институт РАН имени П.Н. Лебедева (ФИАН),
Ленинский пр-т., 53, 119333, Москва
• старший научный сотрудник

Е. В. Чижонков

Библиографические ссылки

  1. Davidson R.C. Methods in nonlinear plasma theory. New York: Academic Press, 1972.
  2. Чижонков Е.В. Математические аспекты моделирования колебаний и кильватерных волн в плазме. М.: Физматлит, 2018.
  3. Александров А.Ф., Богданкевич Л.С., Рухадзе А.А. Основы электродинамики плазмы. М.: Высшая школа, 1988.
  4. Гинзбург В.Л., Рухадзе А.А. Волны в магнитоактивной плазме. М.: Наука, 1975.
  5. Красовицкий В.Б., Бугримов А.Л. Ускорение электронов в поле световой волны в магнитоактивной плазме // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2016. № 1. 31–43.
  6. Moradi A. Energy behaviour of extraordinary waves in magnetized quantum plasmas // Physics of Plasmas. 2018. 25. doi: 10.1063/1.5031753
  7. Силин В.П. Введение в кинетическую теорию газов. М.: Наука, 1971.
  8. Силин В.П., Рухадзе А.А. Электромагнитные свойства плазмы и плазмоподобных сред. М.: ЛИБРОКОМ, 2012.
  9. Фролов А.А., Чижонков Е.В. О применении закона сохранения энергии в модели холодной плазмы // Журнал вычислит. математики и матем. физики. 2020. 60, № 3. 503–519.
  10. Sheppard C.J. R. Cylindrical lenses — focusing and imaging: a review [Invited] // Applied Optics. 2013. 52, N 4. 538–545.
  11. Chizhonkov E.V., Frolov A.A. Influence of electron temperature on breaking of plasma oscillations // Russ. J. Numer. Anal. Math. Modelling. 2019. 34, N 2. 71–84.
  12. MacCormack R.W. The effect of viscosity in hypervelocity impact cratering // J. Spacecr. Rockets. 2003. 40, N 5. doi 10.2514/2.6901
  13. Поттер Д. Вычислительные методы в физике. М.: Мир, 1975.
  14. Шокин Ю.И., Яненко Н.Н. Метод дифференциального приближения. Применение к газовой динамике. Новосибирск: Наука, 1985.
  15. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. Т. 1. М.: Мир, 1990.
  16. Федотова З.И. О применении разностной схемы Мак-Кормака для задач длинноволновой гидродинамики // Вычислительные технологии. 2006. 11, спецвыпуск. Часть II. 53–63.
  17. Чижонков Е.В. О схемах второго порядка точности для моделирования плазменных колебаний // Вычислительные методы и программирование. 2020. 21 (1). 115–128.
  18. Фролов А.А., Чижонков Е.В. Численное моделирование плазменных колебаний с учетом теплового движения электронов // Вычислительные методы и программирование. 2018. 19 (2). 194–206.
  19. Maity C. Lagrangian Fluid Technique to Study Nonlinear Plasma Dynamics. PhD Thesis. Kolkata: Saha Institute of Nuclear Physics, 2013.
  20. Swarztrauber P.N. Vectorizing the FFTs // Parallel Computations. New York: Academic Press. 1982. 51–83.

Загрузки

Опубликован

2020-12-11

Как цитировать

Фролов А. А., Чижонков Е. В. О численном моделировании медленной необыкновенной волны в магнитоактивной плазме // Вычислительные методы и программирование. 2020. 21. 420-439. doi 10.26089/NumMet.v21r434

Выпуск

Раздел

Методы и алгоритмы вычислительной математики и их приложения