Оn the mechanisms of formation of density cavities under instability of intense Langmuir oscillations in a plasma

Abstract

У роботі розглянуто нестійкість інтенсивних ленгмюрівських коливань у неізотермічній (модель Захарова) та холодній (модель Силіна) 1D плазмі. Основна увага приділена процесу формування каверн щільності плазми у гідродинамічному та у гібридному (електрони описані ідродинамічно, іони – модельними частинками) представленнях. У гідродинамічному поданні при невеликій кількості мод спектру спостерігаються великомасштабні каверни щільності плазми, які швидко поглиблюються. Цей процес підтримується появою дрібномасштабних обурень, причому спостерігається синхронізація фаз ленгмюрівських хвиль спектра нестійкості. Ця синхронізація фаз мод спектру цілком здатна виконати ту роль, яку раніше пропонували віддати виключно ефекту видавлювання полем частинок з каверни. У гібридних моделях у області розгляду іони описані модельними частинками, число яких у одновимірному випадку 104  5  104 (що у тривимірному випадку відповідає числу частинок 1012 1014 ). Початковий спектр обурень дуже широкий і досить інтенсивний, що призводить до вибухового зростання збурень у моделі Захарова та швидкого розвитку нестійкості у моделі Силіна. При цьому в розвиненому режимі нестійкості спостерігається формування безлічі дрібномасштабних каверн щільності плазми. Саме наявність цієї дрібномасштабної модуляції за рахунок ефекту Фермі швидко формує нормальний розподіл іонів за швидкостями. В цьому випадку ефект нагрівання частинок за рахунок згасання Ландау втрачає першість. Показано, що каверни мало змінюють свого становища, фазові зміни для спектральних компонентів щільності плазми помічені не були. Тільки окремі дрібномасштабні каверни демонструють динаміку, подібну до розвитку каверн у гідродинамічному представленні.