Сообщается об обнаружении противоречия, возникающего в решениях задач о профилях нелинейных продольных электростатических волн в плазме методом псевдопотенциала Сагдеева. Противоречие проявляется в неравенстве среднего за период значения концентрации частиц и заданной концентрации невозмущенной плазмы. Показано, что причина возникновения противоречия связана с весьма распространенной неточностью в постановке таких задач. Предложено корректировать постановку подобных задач и изменить интерпретацию получаемых этим методом решений, применив иные начальные условия: необходимо задавать вместо концентрации невозмущенной плазмы концентрацию частиц в точках, в которых потенциал φ принят равным нулю. С такими начальными условиями противоречие полностью снимается.
Идентификаторы и классификаторы
При анализе нелинейных волн большой амплитуды в плазме, особенно для определения условий существования периодических, солитонных и ударно-волновых решений, широко применимы методы механической аналогии. Наиболее известен из них – метод псевдопотенциала Сагдеева. Это метод носит имя Роальда З. Сагдеева, который вместе с коллегами применил его для анализа нелинейных ионно-звуковых волн в бесстолкновительной плазме с холодными ионами и безынерционными распределенными по Больцману электронами, [1–3]. В результате им была показана возможность нелинейных дозвуковых периодических и сверхзвуковых уединенных ионно-звуковых волн (солитонов), а также определена предельная скорость солитонов (критическое число Маха).
Список литературы
1. Веденов А.А., Велихов Е.П., Сагдеев Р.З. // Ядерн. cинтез. 1961. Т. 1. № 2. С. 82.
2. Сагдеев Р.З. // Вопросы теории плазмы. Т. 4. М.: Атомиздат, 1979.
3. Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. М.: Атомиздат, 1979.
4. Ахиезер А.И., Половин Р.В. // Докл. АН СССР. 1955. Т. 102. № 5. С. 919.
5. Ахиезер А.И., Половин Р.В. // ЖЭТФ. 1956. Т. 30. № 5. С. 915.
6. Davidson R.C. Methods in nonlinear plasma theory. NY & Lond.: Academic Press, 1972.
7. Shukla P.K., Mamun A.A. Introduction to dusty plasma physics. Lond.: IoP, 2002.
8. Чен Ф. Введение в физику плазмы. М.: Мир, 1987.
9. Рыскин Н.М., Трубецков Д.И. Нелинейные волны. М.: Наука, 2000.
10. Kono M., Škorić M.M. Nonlinear physics of plasmas. Heidelberg, Dirdrecht, Lond. & NY: Springer, 2010.
11. Livadiotis G. Kappa distributions. Theory and applications in plasmas. Amsterdam, Oxford & Cambridge: Elsevier, 2017.
12. Dubinov A.E., Sazonkin M.A. // Handbook of solitons: research, technology, and applications. NY: Nova Science, 2009.
13. Dubinov A.E. // Phys. Plasmas. 2022. V. 29. № 2. P. 020901.
14. Ахиезер А.И., Ахиезер И.А., Половин Р.В., Ситен-ко А.Г., Степанов К.Н. Электродинамика плазмы. М.: Наука, 1974.
15. Dubinov A.E., Kitayev I.N., Kolotkov D.Y. // Phys. Plasmas. 2021. V. 28. № 8. P. 083702.
16. Dubinov A.E., Dubinova I.D. // J. Plasma Phys. 2005. V. 71. № 5. P. 715. EDN: LJFTMX
17. Дубинов А.Е., Суслова О.А. // ЖЭТФ. 2020. Т. 158. С. 968. EDN: AFCLLD
18. Dubinov A.E., Lebedeva X.I. // Chaos, Solitons & Fractals. 2021. V. 152. № 1. P. 111391. EDN: RLJXMF
19. Дубинов А.Е., Сазонкин М.А. // Физика плазмы. 2009. Т. 35. № 1. С. 18. EDN: JVIOKR
20. Дубинов А.Е., Колотков Д.Ю., Сазонкин М.А. // ЖТФ. 2012. Т. 82. № 5. С. 7. EDN: RCUKCX
21. Dubinov A.E., Sazonkin M.A. // Phys. Wave Phenom. 2013. V. 21. № 2. P. 118. EDN: RFFKAR
22. Дубинов А.Е. // Физика плазмы. 2007. Т. 33. № 3. С. 239. EDN: IACEYB
23. Дубинов А.Е. // ПМТФ. 2007. Т. 48. № 5. С. 3. EDN: ONMFPF
24. Дубинов А.Е., Дубинова А.А. // Физика плазмы. 2007. Т. 33. № 10. С. 935. EDN: IBAUMX
25. Дубинов А.Е., Дубинова А.А., Сазонкин М.А. // Радиотехника и электроника. 2010. Т. 55. № 8. С. 968. EDN: MTJCXT
26. Дубинов А.Е., Сазонкин М.А. // ЖЭТФ. 2010. Т. 138. № 5(11). С. 979. EDN: NIVCFZ
27. Дубинов А.Е., Сазонкин М.А. // ЖТФ. 2008. Т. 78. № 9. С. 29. EDN: RCTGMX
28. Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. М.: Наука, 1979.
29. Кингсеп А.С. Введение в нелинейную физику плазмы. М.: МФТИ, 1996.
30. Swanson D.G. Plasma waves. Lond.: IoP, 2003.
31. Pécseli H.L. Waves and oscillations in plasmas. Boca Raton: Taylor & Francis Group, 2013.
32. Shivamoggi B.K. Introduction to nonlinear fluid-plasma waves. Dordrecht, Boston & Lond.: Kluwer, 1988.
33. Saha A., Banerjee S. Dynamical systems and nonlinear waves in plasmas. Boca Raton: Taylor & Francis Group, 2021.
34. Srinivas J., Popel S.I., Shukla P.K. // J. Plasma Phys. 1996. V. 55. № 2. P. 209. EDN: LDJDPD
35. Mamun A.A. // Astrophys. Space Sci. 1999. V. 268. № 4. P. 443. EDN: YCDYQH
36. Abdelsalam U.M., Moslem W.M., Shukla P.K. // Phys. Lett. A. 2008. V. 372. № 22. P. 4057. EDN: MMOLWN
37. Pakzad H.R. // Phys. Lett. A. 2009. V. 373. № 8‒9. P. 847.
38. Saha A., Chatterjee P. // Phys. Plasmas. 2014. V. 21. № 2. P. 022111.
39. Sayed F.S.H., Turky A.A., Koramy R.A., Moslem W.M. // Adv. Space Res. 2020. V. 66. № 6. P. 1276. EDN: ANFWQN
40. Kumar K., Mishra M.K. // Plasma Res. Express. 2021. V. 3. № 1. P. 015001.
41. Al-Yousef H.A., Alotaibi B.M., Tolba R.E., Moslem W.M. // Results in Phys. 2021. V. 21. № 1. P. 103792.
42. Копнин С.И., Шохрин Д.В., Попель С.И. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. № 2. С. 163. EDN: TIBOPI
43. Трухачев Ф.М., Васильев М.М., Петров О.Ф. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. № 10. С. 967. EDN: DMXGHU
44. Alinejad H. // Contrib. Plasma Phys. 2022. V. 62. № 9. C. 202200082.
45. Kumar K., Mishra M.K. // Phys. Plasmas. 2022. V. 29. № 9. P. 092101.
46. Saini N.S., Kourakis I., Hellberg M.A. // Phys. Plasmas. 2009. V. 16. № 6. P. 062903.
47. Tribeche M., Djebarni L., Amour R. // Phys. Plasmas. 2010. V. 17. № 4. P. 042114.
48. Baluku T.K., Hellberg M.A., Kourakis I., Saini N.S. // Phys. Plasmas. 2010. V. 17. № 5. P. 053702.
49. Bora M.P., Choudhury B., Das G.C. // Astrophys. Space Sci. 2012. V. 341. № 2. P. 515. EDN: PQICVQ
50. Shahmansouri M. // Pramana – J. Phys. 2013. V. 80. № 2. P. 295. EDN: ROHERF
51. Ghosh B., Banerjee S. // Indian J. Phys. 2015. V. 89. № 12. P. 1307. EDN: VGJVLL
52. Rubia R., Singh S.V., Lakhina G.S. // J. Geophys. Res. 2017. V. 122. № 9. P. 9134.
53. Alyousef H.A., Khalid M., Ata-ur-Rahman, El-Tanta-wy S.A. // Brazil. J. Phys. 2022. V. 52. № 6. P. 202.
54. Lu G., Liu Y., Wang Y., Stenflo L., Popel S.I., Yu M.Y. // J. Plasma Phys. 2010. V. 76. № 3&4. P. 267. EDN: MXEKRD
55. Гордиенко В.А., Дубинова И.Д., Дубинов А.Е. // Физика плазмы. 2006. Т. 32. № 11. С. 987. EDN: HVTZWP
56. Лосева Т.В., Попель С.И., Голубь А.П. // Физика плазмы. 2012. Т. 38. № 9. С. 792. EDN: PBERXJ
57. Dubinov A.E., Kitayev I.N. // Planet. Space Sci. 2021. V. 195. P. 105142.
Выпуск
Другие статьи выпуска
Выполнены численные расчеты нестационарной неравновесной функции распределения электронов в газе метане CH4, возбуждаемом источником высокоэнергичных электронов с начальной энергией 1 кэВ. Были учтены основные элементарные процессы взаимодействия электронов с молекулами метана. Вычислены доли потерь энергии электронов на ионизацию, диссоциацию и возбуждение различных уровней молекул, позволяющие определять скорости неупругих процессов взаимодействия электронов с молекулами метана CH4.
Получены трехмерные распределения скорости, температуры и давления в сверхзвуковом воздушном потоке при M = 2, а также плотности тока в инициируемом в нем разряде. Газовый разряд постоянного тока величиной 10 А рассматривался в гидродинамическом приближении в рамках канальной модели. Рассмотрена эволюция продольно-поперечного разряда в диапазоне времени t до 20 мкс. Показано, что разряд движется практически со скоростью основного сверхзвукового воздушного потока, достаточно слабо его возмущая. По полученным в расчетах характерным значениям плотности тока и температуры газа 8000–10000 К в разрядном канале сделаны оценки концентрации электронов ne ~ 1016 см–3. Оценена напряженность поля E ~ 125 В/см и приведенная напряженность поля в канале разряда E/N около 30 Тд. В конфигурации аэродинамической модели с укороченными электродами показан переход к закрепленной на их концах фазе разряда.
Одной из актуальных задач атомной энергетики является переработка отработавшего ядерного топлива. Такая переработка подразумевает отделение актиноидов от продуктов деления урана. Одним из методов переработки может стать плазменная масс сепарация. В ОИВТ РАН в последние 10 лет активно велись исследования, направленные на развитие различных аспектов, связанных с плазменной масс-сепарацией. В статье приведен обзор основных результатов этих исследований по четырем направлениям: численные расчеты и анализ схем сепарации; генерация плазмы буферного газа и создание потенциала в ней; источник плазмы для инжекции смеси разделяемых веществ; сепарация модельных веществ.
Исследовано поддержание СВЧ газового разряда стоячей поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ) дипольной моды. Стоячая волна формировалась между двумя плоскими зеркалами, образующими структуру типа открытого резонатора на поверхностной волне. Измеренная добротность открытого резонатора составляет несколько десятков. Определена структура электрического поля свободного разряда и разряда, поддерживаемого полем стоячей поверхностной волны. Показано, что в этой системе возбуждение резонанса происходит на чисто поверхностной волне. При возрастании энергии поля между зеркалами на 8–10 дБ, концентрация электронов возрастает на ~50%. Оценено отношение энергии поля поверхностной волны в плазме и в окружающем разряд пространстве, как в случае свободного разряда, так и при резонансе. Эксперимент и численное моделирование показали, что структура разряда зависит от возбуждаемой моды стоячей ПЭВ.
Обсуждаются теоретические исследования волновых процессов во вращающейся астрофизической плазме. Особое внимание уделено новым теоретическим моделям астрофизической плазмы, таким как магнитогидродинамическое приближение мелкой воды и неупругое приближение наряду с часто применяемым приближением Буссинесска. Помимо традиционного приближения для силы Кориолиса обсуждаются эффекты, вызванные ее нетрадиционным представлением, учитывающим горизонтальную составляющую вращения. Подробно описаны линейные волны в такой плазме и обсуждаются их дисперсионные характеристики. Приведен обзор неустойчивостей в астрофизической плазме вследствие нелинейных эффектов.
Издательство
- Издательство
- ИОФ РАН
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 119991 ГСП-1, г. Москва, ул. Вавилова, д. 38
- Юр. адрес
- 119991 ГСП-1, г. Москва, ул. Вавилова, д. 38
- ФИО
- Гарнов Сергей Владимирович (Директор)
- E-mail адрес
- office@gpi.ru
- Контактный телефон
- +7 (749) 9503873
- Сайт
- https://www.gpi.ru/