شبیه‌سازی ذره‌ای ناپایداری رامان پیش رو در پلاسمای کم چگال

Abstract

انتشار امواج الکترومغناطیسی در پلاسمای در حال تعادل، می‌تواند باعث به‌وجود آمدن ناپایداری‌ها در محیط شود. بررسی شرایط وجود و رشد این ناپایداری‌ها از اهمیت ویژه‌ایی برخوردار است. در این مقاله ناپایداری رامان پیش رو در پلاسما به روش شبیه‌سازی ذره‌ای بررسی می‌شود. چون محیط‌های پلاسمایی از نظر فیزیکی بسیار پیچیده هستند و بررسی آنها به روش تجربی پر هزینه است و از طرف دیگر هنگامی‌که پلاسما با آزمایش روبه‌رو می‌شود، رفتار غیر خطی از خود نشان می‌دهد، برای بررسی این نوع ناپایداری از روش شبیه‌سازی ذره‌ای استفاده شده است. در مدلسازی ناپایداری مذکور از کد دو بعدی الکترومغناطیسی غیر نسبیتی به روش شبیه‌سازی ذره در جعبه استفاده شده است. بدین منظور محیط پلاسما که شامل الکترون‌ها و یون‌هاست به صورت ذره‌ای شبیه‌سازی شده و فرض می‌شود که یون‌ها به دلیل اینرسی زیاد زمینه ثابتی را تشکیل می‌دهند، در حالی‌که دینامیک الکترون‌ها از طریق حل معادلات نیوتن-لورنتس به‌دست می‌آید. در این مقاله مشاهده می‌شود که با ورود یک موج تخت الکترومغناطیسی به پلاسما امواج طولی با دامنه قابل ملاحظه‌ای در پلاسما شروع به رشد می‌کنند، یعنی پدیده ناپایداری رامان پیش رو مشاهده شده است. نرخ رشد این امواج طولی با نتایج تئوری تطابق خوبی دارد. با بررسی فضای موقعیت ذرات، پدیده خوشه شدن ( bunching ) مشاهده شد که خود دلیلی بر صحت ایجاد امواج طولی در پلاسما است.