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

О численном моделировании медленной необыкновенной волны в магнитоактивной плазме

Авторы


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.


Загрузки

Опубликован

11.12.2020

Выпуск

Раздел

Методы и алгоритмы вычислительной математики и их приложения

Об авторах

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. R. C. Davidson, Methods in Nonlinear Plasma Theory (Academic, New York, 1972).
  2. E. V. Chizhonkov, Mathematical Aspects of Modelling Oscillations and Wake Waves in Plasma (Fizmatlit, Moscow, 2018; CRC Press, Boca Raton, 2019).
  3. A. F. Aleksandrov, L. S. Bogdankevich, and A. A. Rukhadze, Principles of Plasma Electrodynamics (Springer, New York, 1984; Vysshaya Shkola, Moscow, 1988).
  4. V. L. Ginzburg and A. A. Rukhadze, Waves in Magnetoactive Plasma (Nauka, Moscow, 1975) [in Russian].
  5. V. Krasovitskiy and A. Bugrimov, “Acceleration of Electrons in the Field of a Light Wave in Magnetoactive Plasma,” Vestn. Mosk. Gos. Oblast. Univ., Ser.: Phys. Mat., No. 1, 31-43 (2016).
  6. A. Moradi, “Energy Behaviour of Extraordinary Waves in Magnetized Quantum Plasmas,” Phys. Plasmas 25 (2018).
    doi 10.1063/1.5031753
  7. V. P. Silin, Introduction to Kinetic Theory of Gases (Nauka, Moscow, 1971) [in Russian].
  8. V. P. Silin and A. A. Rukhadze, Electromagnetic Properties of Plasma and Plasma-Like Media (Librokom, Moscow, 2012) [in Russian].
  9. A. A. Frolov and E. V. Chizhonkov, “Application of the Energy Conservation Law in the Cold Plasma Model,” Zh. Vychisl. Mat. Mat. Fiz. 60 (3), 503-519 (2020) [Comput. Math. Math. Phys. 60 (3), 498-513 (2020)].
  10. C. J. R. Sheppard, “Cylindrical Lenses - Focusing and Imaging: A Review [Invited],” Appl. Opt. 52 (4), 538–545 (2013).
  11. E. V. Chizhonkov and A. A. Frolov, “Influence of Electron Temperature on Breaking of Plasma Oscillations,” Russ. J. Numer. Anal. Math. Modelling 34 (2), 71-84 (2019).
  12. R. W. MacCormack, “The Effect of Viscosity in Hypervelocity Impact Cratering,” J. Spacecr. Rockets 40 (2003).
    doi 10.2514/2.6901
  13. D. E. Potter, Computational Physics (Wiley, London, 1973; Mir, Moscow, 1975).
  14. Yu. I. Shokin and N. N. Yanenko, Method of Differential Approximation: Application to Gas Dynamics (Nauka, Novosibirsk, 1985) [in Russian].
  15. D. A. Anderson, J. C. Tannehill, and R. H. Pletcher, Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer (Hemisphere, New York, 1984; Mir, Moscow, 1990).
  16. Z. I. Fedotova, “On the Application of the MacCormack Scheme for Problems of Long Wave Hydrodynamics,” Vychisl. Teknol. 11, Special Issue, 53-63 (2006).
  17. E. V. Chizhonkov, “On Second-Order Accuracy Schemes for Modeling of Plasma Oscillations,” Vychisl. Metody Programm. 21 (1), 115-128 (2020).
  18. A. A. Frolov and E. V. Chizhonkov, “Numerical Modeling of Plasma Oscillations with Consideration of Electron Thermal Motion,” Vychisl. Metody Programm. 19 (2), 194-206 (2018).
  19. C. Maity, Lagrangian Fluid Technique to Study Nonlinear Plasma Dynamics, PhD Thesis (Saha Institute of Nuclear Physics, Kolkata, 2013).
  20. P. N. Swarztrauber, “Vectorizing the FFTs,” in Parallel Computations (Academic Press, New York, 1982), pp. 51-83.