DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v19r218

Численное моделирование плазменных колебаний с учетом теплового движения электронов

Авторы

  • А.А. Фролов
  • Е.В. Чижонков

Ключевые слова:

численное моделирование
метод конечных разностей
плазменные колебания
бегущие волны
метод возмущений

Аннотация

Исследовано влияние теплового движения электронов на плоские нерелятивистские нелинейные плазменные колебания. Численно и аналитически показано, что при учете теплового движения колебания трансформируются в бегущую волну. При этом амплитуда волны растет с ростом температуры, что способствует выносу энергии из первоначальной области локализации колебаний. Для численного моделирования построена схема метода конечных разностей на основе эйлеровых переменных. При использовании лагранжевых переменных для приближения малых возмущений получены распределения максимумов электронной плотности в зависимости от температуры плазмы. Аналитические результаты находятся в хорошем соответствии с численными экспериментами.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2018-05-15

Выпуск

Том 19 (2018): Выпуск 2.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Авторы

А.А. Фролов

Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН)
ул. Ижорская, д.13, стр.2, 125412, Москва
• старший научный сотрудник

Е.В. Чижонков

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Ленинские горы, 119991, Москва
• профессор

Библиографические ссылки

  1. R. C. Davidson, Methods in Nonlinear Plasma Theory (Academic, New York, 1972).
  2. A. I. Akhiezer and R. V. Polovin, “Theory of Wave Motion of an Electron Plasma,” Zh. Eksp. Teor. Fiz. 30 (5), 915-928 (1956) [J. Exp. Theor. Phys. 3, 696-705 (1956)].
  3. S. V. Bulanov, T. Zh. Esirkepov, M. Kando, et al., “On the Breaking of a Plasma Wave in a Thermal Plasma. I. The Structure of the Density Singularity,” Physics of Plasmas. 19 (2012).
    doi 10.1063/1.4764052
  4. E. V. Chizhonkov, “To the Question of Large-Amplitude Electron Oscillations in a Plasma Slab,” Zh. Vychisl. Mat. Mat. Fiz. 51 (3), 456-469 (2011) [Comput. Math. Math. Phys. 51 (3), 423-434 (2011)].
  5. S. Yu. Luk’yanov, Hot Plasma and Controlled Nuclear Fusion (Nauka, Moscow, 1975) [in Russian].
  6. H. A. Bethe, Intermediate Quantum Mechanics (Benjamin, New York 1964; Mir, Moscow, 1965).
  7. N. A. Krall and A. W. Trivelpiece, Principles of Plasma Physics (McGraw-Hill, New York, 1973; Mir, Moscow, 1975).
  8. R. W. Hockney and J. W. Eastwood, Computer Simulation Using Particles (McGraw-Hill, New York, 1981).
  9. N. N. Bogoliubov and Y. A. Mitropol’sky, Asymptotic Methods in the Theory of Non-Linear Oscillations (Nauka, Moscow, 1974; Gordon and Breach, New York, 1961).
  10. V. P. Silin, Introduction to Kinetic Theory of Gases (Nauka, Moscow, 1971) [in Russian].
  11. A. F. Aleksandrov, L. S. Bogdankevich, and A. A. Rukhadze, Principles of Plasma Electrodynamics (Springer, New York, 1984; Vysshaya Shkola, Moscow, 1988).
  12. V. L. Ginzburg and A. A. Rukhadze, Waves in Magnetoactive Plasma (Nauka, Moscow, 1975) [in Russian].
  13. V. P. Silin and A. A. Rukhadze, Electromagnetic Properties of Plasma and Plasma-Like Media (Librokom, Moscow, 2012) [in Russian].
  14. A. A. Frolov and E. V. Chizhonkov, “Relativistic Breaking Effect of Electron Oscillations in a Plasma Slab,” Vychisl. Metody Programm. 15, 537-548 (2014).
  15. E. V. Chizhonkov, “Artificial Boundary Conditions for Numerical Modeling of Electron Oscillations in Plasma,” Vychisl. Metody Programm. 18, 65-79 (2017).
  16. A. R. Maikov, “On Approximate Open Boundary Conditions and Their Performance over Long Time Intervals,” Vychisl. Metody Programm. 13, 139-148 (2012).
  17. S. K. Godunov and V. S. Ryaben’kii, Difference Schemes (Nauka, Moscow, 1973; North Holland, Amsterdam, 1987).
  18. D. A. Anderson, J. C. Tannehill, and R. H. Pletcher, Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer (Hemisphere, New York, 1984; Mir, Moscow, 1990).
  19. A. G. Kulikovskii, N. V. Pogorelov, and A. Yu. Semenov, Mathematical Aspects of Numerical Solution of Hyperbolic Systems (Fizmatlit, Moscow, 2001; CRC Press, Boca Raton, 2001).
  20. A. A. Frolov and E. V. Chizhonkov, “Influence of Electron Collisions on the Breaking of Plasma Oscillations,” Fiz. Plazmy 44 (4), 347-354 (2018) [Plasma Phys. Rep. 44 (4), 398-404 (2018)].