A study of nonlinear processes in space plasmas

• Autorzy: Tazrout Housseyn , Flitti Aicha

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2021.05.09

Warianty tytułu

PL

Badanie procesów nieliniowych w plazmach kosmicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this article, readers are invited to explore the world of computational simulations of space plasmas. The computational experiment is similar to the traditional laboratory experiment. Neither can it, nor will it be able to solve all the physical problems that remain poorly understood, but it does provide a powerful tool to help physicists (scientists) seek solutions for them. We show first that when the Courant-Friedrich-Lewy or CFL condition is not met, numerical instability occurs. We also present simulations of electrostatic solitary waves (ESWs). We note that ESWs can be generated as a result of the nonlinear coalescence of strong electrostatic waves excited by electrostatic beam instability. This instability is caused by the drift of a beam of electrons relative to ions and other electrons drifting with the ions. The ion thermal velocity must be high enough to prevent the decay of electrostatic waves to ion acoustic waves, a prerequisite for the production of ESWs. Another condition is that the drift density of the electron beam with respect to the ions must be 30% greater than plasma density.

PL

W artykule przedstawiono symulację plazmy kosmicznej. Tradycyjny eksperyment obliczeniowy nie może, ani nie będzie w stanie rozwiązać wszystkich problemów fizycznych, które pozostają słabo poznane, ale zapewnia narzędzie pomagające fizykom w poszukiwaniu ich rozwiązania. Najpierw pokazujemy, że gdy warunek Couranta-Friedricha-Lewy'ego lub CFL nie jest spełniony, występuje niestabilność numeryczna. Przedstawiamy symulacje elektrostatycznych pojedynczych fal (ESW). Zauważamy, że ESW mogą być generowane w wyniku nieliniowej koalescencji silnych fal elektrostatycznych wzbudzanych przez niestabilność wiązki elektrostatycznej. Ta niestabilność jest spowodowana dryfowaniem wiązki elektronów względem jonów i innych elektronów dryfujących wraz z jonami.

Słowa kluczowe

EN

Space plasma; computer simulation; PIC code; ESW solitary wave

PL

plazma kosmiczna; zjawiska nieliniowe; model Couranta-Friedricha-Lewy'ego

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 97, nr 5
• Strony: 51--64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Tazrout Housseyn

• University Scienceof Technology of Oran, Algeria

autor

Flitti Aicha

• University Sciences Technology of Oran, Algeria

Bibliografia

• 1. G. Lapenta, Introduction to particle in cell, Notes provided https://github.com/CmPA/iPic3D/wiki/School-in-Les-Houches.
• 2. F.F. Chen, Introduction to plasma physics and controlled fusion, Plenum Press, New York, 1984, volume 1.
• 3. C. K. Birdsall, A.B. Langdon, Plasma physics via computer science, Taylor and Francis LTD, October 2004.
• 4. M. V. Alves, Kinetic simulation in plasmas: A general view and some applications, INP-7171-PRE/3096, 1999.
• 5. Yu. N. Grigoryev, V.A. Vshyvkov and M.P. Fedoruk, Numerical particle in cell methods, theory and applications, Utrecht Boston 2002.
• 6. M E Dieckmann, The particle in cell simulation: concepts and limitation, Summer College on Plasma Physics, Summer College on Plasma Physics,30 July -24 August 2007, The Abdussalam Center of Physics.
• 7. M. Grech, The particle in cell (PIC) simulation of plasmas, LULI CNRS, Les Houches, Mai 2019.
• 8. J.M. Dawson, Reviews of Modern Physics, 403, 1983.
• 9. D. Potter, Computational Physics, John Wiley and Sons, 1973.
• 10. H. Matsumoto and T. Sato Computer Simulation of Space Plasmas, Terra Scientific Publishing Company, Tokyo, 1985.
• 11. C.K. Birdsall and A.B. Langdon, Plasma Physics via Computer Simulation, Institute of Physics Publishing, London, 1991.
• 12. H. Matsumoto and Y. Omura Computer Space Plasma Physics: Simulation Techniques and Software, Terra scientific publishing company, Tokyo, 1993.
• 13. A.B. Langdon and C.K. Birdsall, Physics of Fluids 2115, 1970.
• 14. H. Okuda and J.M. Dowson, Physics of Fluids, 408, 1973.
• 15. A.O. Fortuna, Técnicas Computacionais Para Dinâmica dos Fluidos (Editora da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2000).
• 16. R.W. Hocney, Physics of Fluids 9 1826, 1969.
• 17. C.K. Birdsall and D. Fuss, J. of Computational Physics, 135, 141, 1997.
• 18. H. Okuda and C.K. Birdsall, Physics of Fluids, 2123, 1970.
• 19. R.L. Morse and C.W. Nielson, Physics of Fluids, 2418, (1969).
• 20. A.B. Langdon and C.K. Birdsall, Physics of Fluids 2115, (1970).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).