Анализ электрических токов в окрестности ионно-звуковых солитонов разрежения в трехкомпонентной плазме

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В рамках одномерной гидродинамической модели теоретически исследованы электрические токи, индуцированные ионно-звуковыми солитонами разрежения в трехкомпонентной плазме. С использованием метода псевдопотенциала Сагдеева рассчитаны профили солитонных токов. Проведено сравнение параметров солитонов сжатия и солитонов разрежения. Показано, что солитоны разрежения, в отличие от солитонов сжатия, имеют профили ионных токов отрицательной полярности. Следовательно, они осуществляют перенос заряженных частиц в направлении, противоположном направлению своего движения. Показано, что переносом ионов нельзя пренебрегать для солитонов разрежения любой амплитуды, в том числе неограниченно малой. Таким образом, перенос заряженных частиц является неотъемлемым (фундаментальным) свойством солитонов разрежения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ф. М. Трухачев

Объединенный институт высоких температур РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ftru@mail.ru
Россия, Москва

М. М. Васильев

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: ftru@mail.ru
Россия, Москва

О. Ф. Петров

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: ftru@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Lonngren K.E. Soliton in Action / Ed. Lonngren K., Scott A. N.Y.:Academic, 1978.
  2. Карпман В.И. Теория возмущений для солитонов // ЖЭТФ. 1977. Т. 73.С. 532.
  3. Newell A.C. Solitons in Mathematics and Physics. Philadelphia:SIAM, 1985.
  4. Абловиц М., Сигур Х. Солитоны и метод обратной задачи. М.: Мир, 1987. 480 с.
  5. Herman R.L. A Direct Approach to Studying Soliton Perturbations // J. Phys. A. 1990. V. 23. P. 2327.
  6. Трухачев Ф.М., Томов А.В. Электрические токи в плазме, индуцированные солитонами // Космические исследования. 2016. Т. 54. № 5. С. 377.
  7. Петров О.Ф., Трухачев Ф.М., Васильев М.М., Герасименко Н.В. Крупномасштабный перенос заряженных макрочастиц, индуцированный пыле-акустическими солитонами // ЖЭТФ. 2018. Т. 153. № 6. С. 1012.
  8. Трухачев Ф.М., Васильев М.М., Петров О.Ф. Солитонные токи (обзор) // ТВТ. 2020. T. 58. № 4. C. 563.
  9. Dubinov A.E., Lebedeva X.I. Ambiplasma Separation into Matter and Antimatter by a Train of Baryon-acoustic Solitons in the Problem of the Baryon Asymmetry of the Universe // Chaos, Solitons Fractals. 2021. V.152. P. 111391.
  10. Trukhachev F.M., Gerasimenko N.V., Vasiliev M.M., Petrov O.F. Unidirectional Transport of Ions and Perturbation of Plasma Distribution Functions by Ion-acoustic Solitons: Numerical Simulation and Analytical Solution // Phys. Plasmas. 2023. V. 30. № 2. P.022113.
  11. Trukhachev F.M., Gerasimenko N.V., Vasiliev M.M., Petrov O.F. Matter Transport as Fundamental Pro-perty of Acoustic Solitons in Plasma // Phys. Plasmas. 2023. V. 30. P. 112302.
  12. Дубинов А.Е., Китаев И.Н. Пылевые потоки в нелинейных пыле-акустических волнах в плазме // ТВТ. 2023. Т. 61. № 1.С. 11.
  13. Bounds S.R., Pfaff R.F., Knowlton S.F. et al. Solitary Potential Structures Associated with Ion and Electron Beams near 1 RE Altitude // J. Geophys. Res. 1999. V.104. P. 28709.
  14. Pickett J.S., Kahler S.W., Li-Jen Chen et al. Solitary Waves Observed in the Auroral Zone: the Cluster Multi-spacecraft Perspective // Nonlinear Processes in Geophysics. 2004. V.11. P.183.
  15. Tagare S., Singh S., Reddy R., Lakhina G. Electron Acoustic Solitons in the Earth’s Magnetotail // Nonlinear Processes in Geophysics. 2004. V. 11. P. 215.
  16. Lakhina G.S., Singh S., Rubia R., Devanandhan S. Electrostatic Solitary Structures in Space Plasmas: Soliton Perspective // Plasma. 2021. V. 4. P. 681.
  17. Алешин И.М., Перегудов Д.В. Некоторые новые свойства сильно нелинейного ионного звука // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физика. Астрономия. 2000. № 1. С. 8.
  18. Трухачев Ф.М., Васильев M.M., Петров О.Ф. Влияние ионно-звуковых солитонов на функции распределения фоновой плазмы // Физика плазмы. 2022. T. 48. № 10. С. 967.
  19. Трухачев Ф.М., Герасименко Н.В., Васильев M.M., Петров O.Ф. Возмущенная ионно-звуковыми солитонами функция распределения по скоростям ионов плазмы: аналитический расчет на базе КдВ-уравнения // Физика плазмы. 2023. Т. 49. № 10. С. 975.
  20. Трухачев Ф.М., Герасименко Н.В., Васильев M.M., Петров O.Ф. Особенности функций распределения по скоростям и энергиям для пылевой фракции в присутствии пыле-акустического солитона // Вестник ОИВТ РАН. 2022. Т. 7. С.15.
  21. Трухачев Ф.М., Васильев М.М., Петров О.Ф., Могилевский М.М., Чугунин Д.В. Влияние ионно-звуковых солитонов на функции распределения по энергиям для холодных ионов в двухкомпонентной плазме // ТВТ. 2024. Т. 62. № 5. С.661.
  22. Сагдеев Р.З. Коллективные процессы и ударные волны в разреженной плазме // Вопросы теории плазмы. 1964. Вып. 4. С. 20.
  23. Tran M.Q. Ion Acoustic Solitons in a Plasma: A Review of their Experimental Properties and Related Theories // Phys. Scr. 1979. V. 20. P. 317.
  24. Goswami B.N., Buti B. Ion Acoustic Solitary Waves in a Two-electron-temperature Plasma // Phys. Lett. A. 1976. V. 57. P. 149.
  25. Buti B. Ion-acoustic Holes in a Two-electron-tempe-rature Plasma // Phys. Lett. A. 1980.V. 76. P. 251.
  26. Nishihara K., Tajiri M. Rarefaction Ion Acoustic Solitons in Two-Electron-Temperature Plasma // J. Phys. Sot. Japan. 1981. V. 50. P. 4047.
  27. Dasand S.S., Buti B. Effect of Hot Ions on Ion Acoustic Solitons and Holes // Phys. Lett. A. 1981.V. 81. P. 347.
  28. Nishida Y.,Nagasawa T. Excitation of Ion-acoustic Rarefactive Solitons in a Two-electron-temperature Plasma // Phys. Fluids. 1986.V. 29.P. 345.
  29. Sayal V.K., Sharrna S.R. Electron Kinetic Effects on an Ion-acoustic Rarefactive Soliton in a Two-electron Temperature Plasma // Phys. Lett. A. 1990. V. 151. P. 72.
  30. Ghosh S.S., Ghosh K.K., Sekar Lyender A.N. Large Mach Number Ion Acoustic RarefactiveSolitary Waves for a Two Electron Temperature Warm Ion Plasma // Phys. Plasmas. 1996. V. 3. P. 3939.
  31. Ghosh S.S., Lakhina G.S. Anomalous Width Variation of Rarefactive Ion Acoustic Solitary Waves in the Context of Auroral Plasmas // Nonlinear Processes in Geophysics. 2004.V. 11. P. 219.
  32. Sayal V.K., Yadav L.L., Sharma S.R. Study of Ion-acoustic Rarefactive Soliton in a Two-electron Temperature Plasma // Phys. Scr. 2006.V. 47. № 4. P. 576.
  33. Yu M.Y., Luo H. A Note on the Multispecies Model for Identical Particles // Phys. Plasmas. 2008. V. 15. P. 024504.
  34. Korteweg D.J., de Vries G. On the Change of Form of Long Waves Advancing in a Rectangular Canal, and on a New Type of Long Stationary Waves // Phil. Mag. (ser. 5). 1895. V. 39. P. 422.
  35. Washimi H., Taniuti T. Propagation of Ion-acoustic Solitary Waves of Small Amplitude // Phys. Rev. Lett. 1966. V. 17. P. 996.
  36. Stokes G.G. On the Theory of Oscillatory Waves // Trans. Camb. Philos. Soc. 1847. V. 8. P. 441.
  37. Falkovich G. Fluid Mechanics (A short Course for Physicists). Cambridge University Press, 2011. 171 p.
  38. Popel S.I., Yu M.Y. Ion Acoustic Solitons in Impurity-Containing Plasmas // Contrib. Plasma Phys. 1995. V. 35. №2.P. 103.
  39. Losseva T.V., Popel S.I., Golub' A.P., Shukla P.K. Evolution of Weakly-Dissipative Hybrid Dust Ion-Acoustic Solitons in Complex Plasmas //Phys. Plasmas. 2009.V.16(9). P. 09370.
  40. Лосева Т.В., Попель С.И., Голубь А.П. Ионно-звуковые солитоны в пылевой плазме //Физика плазмы. 2012. Т.38. № 9.С. 792.
  41. Ur-Rehman H., Mahmood S., Ur-Rehman A. Compressive and Rarefactive Ion Acoustic Solitons in a Magnetized Two-ion Component Plasma // Phys. Scr. 2014. V. 89. P. 105605.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Параметры ионно-звуковых солитонов при значениях числа Маха: 1 – М = 1.1, 2 – 1.2, 3 – 1.3; (a), (б) – псевдопотенциал Сагдеева; (в), (г) – профили потенциала для β = 0.025;солитоны разрежения при ξ < 0, a = 0.15, b = 0.85;солитоны сжатия при ξ > 0, a = 0.85, b = 0.15.

Скачать (479KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Профили ионно-звуковых солитонов при β = 0.025,M = 1.3: (a) –солитон разрежения при a = 0.15, b = 0.85; (б) – солитон сжатия при a = 0.85, b = 0.15; 1 – Ni– 1, 2 – Ne – 1, 3 – υi, 4 – Ji.

Скачать (252KB)
Метаданные
4. Fig. 3. Dependence of the ion transfer distance by an ion-acoustic rarefaction soliton on its amplitude at β = 0.025, a = 0.15, b = 0.85; the parameter M varied from 1 to 1.5; 1 – numerical calculation according to (14) taking into account (10), 2 – calculation according to (16) at ϕ0 = – A2/A3, 3 – asymptotics (17).

Скачать (146KB)
Метаданные
5. Приложение
Скачать (46KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024