Физика плазмы, 2020, T. 46, № 5, стр. 408-418

Аномальный перенос электронов в одномерной электронно-циклотронной дрейфовой турбулентности

А. Смоляков ab*, Т. Зинтель a, Л. Кёдель a, Д. Сидоренко a, А. Умнов b, Е. Сорокина bc, Н. Марусов bc

a Department of Physics and Engineering Physics, University of Saskatchewan
SK S7N 5E2 Saskatoon, Canada

b Российский университет дружбы народов
Москва, Россия

c НИЦ “Курчатовский институт”
Москва, Россия

* E-mail: andrei.smolyakov@usask.ca

Поступила в редакцию 12.11.2019
После доработки 09.12.2019
Принята к публикации 19.12.2019

Аннотация

Электрический дрейф электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях и связанный с ним поперечный ток – источники сильной неустойчивости плазмы. В условиях, характерных для плазменных ускорителей, эта неустойчивость приводит к возбуждению квазикогерентных нелинейных волн, служащих причиной аномального переноса электронов. В работе с помощью численного моделирования методом частиц в ячейках (Particle in Cell – PIC) исследована нелинейная стадия развития данного процесса. Показано, что аномальный ток пропорционален величине приложенного электрического поля, что соответствует постоянной подвижности электронов. При этом скейлинг плотности тока повторяет зависимость доминирующей резонансной длины волны от напряженностей электрического и магнитного полей , что ясно указывает на циклотронную природу неустойчивости.

Ключевые слова: циклотронный резонанс, плазменные ускорители, нелинейная динамика, метод частиц в ячейке, аномальный перенос, неустойчивости плазмы

DOI: 10.31857/S036729212005008X

Список литературы

  1. Арефьев В.И., Гордеев A.В., Рудаков Л.И. // Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research. 1969. V. 2. P. 65.

  2. Арефьев В.И. // ЖТФ. 1969. Т. 39. С. 1973.

  3. Морозов A.И. // Физика плазмы. 2003. Т. 29. С. 261.

  4. Арефьев В.И., Кирдяшев K.П. // ЖТФ. 1975. Т. 45. С. 527.

  5. Boeuf J.P. // J. Applied Phys. 2017. V. 121. P. 24.

  6. Hecimovic A. // J. Phys. D-Applied Phys. 2016. V. 49. P. 18lt01.

  7. Hecimovic A., Schulz-von der Gathen V., Boke M., von Keudell A., Winter J. // Plasma Sources Science & Technology. 2015. V. 24. P. 045005.

  8. Есипчук Ю.В., Тилинин Г.Н. // ЖТФ. 1976. Т. 46. С. 718.

  9. Nikitin V., Tomilin D., Lovtsov A., Tarasov A. // Eropean Phys. Lett. 2017. V. 117. P. 45001.

  10. Smolyakov A.I., Chapurin O., Frias W., Koshkarov O., Romadanov I., Tang T., Umansky M., Raitses Y., Kaganovich I.D., Lakhin V.P. // Plasma Phys. Controlled Fusion. 2017. V. 59. P. 014041.

  11. Tomilin D. // Phys. Plasmas. 2013. V. 20. P. 042103.

  12. Lakhin V.P., Ilgisonis V.I., Smolyakov A.I., Soroki-na E.A., Marusov N.A. // Phys. Plasmas. 2018. V. 25. P. 012107.

  13. Lakhin V.P., Ilgisonis V.I., Smolyakov A.I., Soroki-na E.A., Marusov N.A. // Phys. Plasmas. 2018. V. 25. P. 012106.

  14. Marusov N.A., Sorokina E.A., Lakhin V.P., Ilgisonis V.I., Smolyakov A.I. // Plasma Sources Science & Technology. 2019. V. 28. P. 015002.

  15. Litvak A.A., Fisch N.J. // Phys. Plasmas. 2001. V. 8. P. 648.

  16. Chable S., Rogier F. // Phys. Plasmas. 2005. V. 12. P. 033504.

  17. Gary S.P. // Plasma Phys. Controlled Fusion. 1973. V. 15. P. 399.

  18. Lampe M., Manheimer W.M., McBride J.B., Orens J.H. // Phys. Fluids. 1972. V. 15. P. 2356.

  19. Forslund D.W., Morse R.L., Nielson C.W. // Phys. Rev. Lett. 1970. V. 25. P. 1266.

  20. Adam J.C., Heron A., Laval G. // Phys. Plasmas. 2004. V. 11. P. 295.

  21. Gary S.P., Biskamp D. // J. Phys. Part A. General. 1971. V. 4. P. L27.

  22. Forslund D., Nielson C., Morse R., Fu J. // Phys. Fluids. 1972. V. 15. P. 1303.

  23. Lampe M., McBride J.B., Manheimer W.M., Sudan R.N., Shanny R., Orens J.H., Papadopolous K. // Phys. Fluids. 1972. V. 15. P. 662.

  24. Biskamp D., Chodura R. // Phys. Fluids. 1973. V. 16. P. 893.

  25. Galeev A.A., Sagdeev R.Z. // Handbook of Plasma Physics, Basic Plasma Physics. V. 2, Supplement. Amsterdam: North-Holland, 1984.

  26. Lafleur T., Baalrud S.D., Chabert P. // Phys. Plasmas. 2016. V. 23. P. 053502.

  27. Lafleur T., Baalrud S.D., Chabert P. // Phys. Plasmas. 2016. V. 23. P. 053503.

  28. Barrett P.J., Taylor R.J., Sellen J.M., Fried B.D., Ken-nel C.F. // Phys. Rev. Lett. 1972. V. 28. P. 337.

  29. Katz I., Mikellides I.G., Hofer R.R., Ortega A.L. // 34th Internat. Electric Propulsion Confer. 2015. P. IEPC-2015-402.

  30. Katz I., Ortega A.L., Jorns B., Mikellides I.G. // 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference 2016. P. AIAA 2016-4534.

  31. Lafleur T., Baalrud S.D., Chabert P. // Plasma Sources Sci. Technology. 2017. V. 26. P. 024008.

  32. Janhunen S., Smolyakov A., Chapurin O., Sydorenko D., Kaganovich I., Raitses Y. // Phys. Plasmas. 2018. V. 25. P. 011608.

  33. Ducrocq A., Adam J.C., Heron A., Laval G. // Phys. Plasmas. 2006. V. 13. P. 102111.

  34. Cavalier J., Lemoine N., Bonhomme G., Tsikata S., Honore C., Gresillon D. // Phys. Plasmas. 2013. V. 20. P. 082107.

  35. Janhunen S., Smolyakov S., Sydorenko D., Jimenez M., Kaganovich I., Raitses Y. // Phys. Plasmas. 2018. V. 25. P. 082308.

  36. Buneman O. // Plasma Phys. (J. Nuclear Energy Part C). 1962. V. 4. P. 111.

  37. Boeuf J.P., Garrigues L. // Phys. Plasmas. 2018. V. 25. P. 061204.

  38. Forslund D.W., Morse R.L., Nielson C.W. // Phys. Fluids. 1972. V. 15. P. 2363.

  39. Lindman E.L. // J. Statistical Phys. 1985. V. 39. P. 769.

  40. Dum C.T., Sudan R.N. // Phys. Rev. Lett. 1969. V. 23. P. 1149.

  41. Muschietti L., Lembege B. // J. Geophys. Res.-Space Phys. 2013. V. 118. P. 2267.

  42. Biskamp D., Chodura R. // Plasma Phys. and Controlled Fusion Research. 1971. V. 2. P. 265.

  43. Sydorenko D.Y. PhD thesis, University of Saskatchewan, 2006.

  44. https://bitbucket.org/sjanhune/edipic/wiki/home.

  45. Birdsall C.K., Langdon A.B. // Plasma Physics via Computer Simulation. Bristol: Adam Hilger, 1991.

  46. Умнов А.М., Хименес М.Х., Балмашнов А.А., Степина С.П. // Прикладная физика. 2016. Т. 114. С. 52.

  47. Andreev V.V., Chuprov D.V., Ilgisonis V.I., Novitsky A.A., Umnov A.M. // Phys. Plasmas. 2017. V. 24. P. 093518.

  48. Sydorenko D., Smolyakov A., Kaganovich I., Raitses Y. // Phys. Plasmas. 2006. V. 13. P. 014501.

  49. Charoy T., Boeuf J.O., Bourdon A., Carlsson J.A., Cha-bert P., Cuenot D., Eremin R., Garrigues L., Hara K., Kaganovich T.A., Powis I.D., Smolyakov D., Sydoren- ko A., Villafana A., Tavant W., Vermorel A. // Plasma Sources Sci. Technology. 2019. V. 28. P. 105010.

  50. Asadi Z., Taccogna F., Sharifian M. // Frontiers in Phys. 2019 V. 7. P. 140.

  51. Lakhin V.P., Ilgisonis V.I., Smolyakov A.I., Soroki-na E.A. // Phys. Plasmas. 2016. V. 23. P. 102304.

Дополнительные материалы отсутствуют.