نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی سهند، 1996-51335، تبریز
چکیده
در این مقاله نوسانات الکترومغناطیس یک مغناطوپلاسمای کوانتومی غیر یکنواخت الکترون-پوزیترون در اندرکنش با تب کوتاه لیزری را، در تقریب بسامد کوتاه، در دو راستای موازی و عمود برجهت انتشار لیزر مورد بررسی قرار دادهایم. با توجه به بررسیها، امواج در جهت موازی بیشترین تأثیر را از نیروی اثرگذار لیزر دارند. تصحیحات کوانتومی باعث تغییر اندازۀ این نیرو شده و بنابراین باعث تغییر سرعت فاز و گروه این امواج و همچنین میزان ناپایداری آنها میشود. در جهت موازی، مقدار پارامترهای اولیۀ چگالی و سرعت شارهای به صورت مستقیم بر امواج موازی تأثیر میگذارند و تأثیر این امواج از میدان مغناطیسی خارجی فقط به واسطۀ حضور لیزر است. همچنین جذب تب لیزری در پلاسما باعث تقویت امواج پلاسمایی در جهت انتشار لیزر شده و باعث میرایی آنها در جهت مخالف این انتشار است، در حالیکه تقویت آن باعث میرایی امواج پلاسمایی در جهت انتشار تب لیزری شده و باعث رشد آنها در جهت مخالف میشود. امواج در جهت عمود علاوه بر تأثیر از مقادیر پارامترهای اولیۀ چگالی، سرعت شارهای و میدان مغناطیسی، تحت تأثیر اندازۀ گرادیانهای عرضی این کمیتها نیز هستند (در حالیکه این گرادیانها هیچ تأثیری بر روی امواج موازی ندارد). همینطور رفتار امواج در جهت عمود به صورت کامل به ازای حضور تک تک گرادیانهای عرضی و تغییر مقادیر آنها بررسی شده است. حضور هر کدام از این گرادیانها نوع رفتارموج را به صورت کامل میتواند تغییر دهد. همچنین بررسیها نشان داد که حضور گرادیانهای عرضی چگالی اولیه و یا سرعت شارهای هر کدام به تنهایی، نمیتواند امواج الکترومغناطیس را در جهت عمود راهاندازی کند؛ در حالی که گرادیان عرضی میدان مغناطیسی به تنهایی، عاملی برای راهاندازی امواج عمود است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Investigation of electromagnetic oscillations and their instabilities in a nonuniform quantum electron-positron magnetoplasma interacting with a short pulse laser
نویسندگان [English]
- Hossein Zahed
- Maryam Asgharzadeh
Physics Department, Sahand University of Technology, 51335–1996, Tabriz, Iran
چکیده [English]
In this article, we investigated electromagnetic oscillations in a quantum nonuniform electron-positron magnetoplasm interacting with a short pulse laser, in low frequency approximation, in two parallel and perpendicular directions. According to our investigations, the waves in the parallel direction are affected by ponderomotive force, vigorously. Quantum corrections cause the magnitude of this force to change and accordingly, cause the magnitude of phase and group velocities of the waves, as well as, their instability to change. In the parallel direction, initial quantities of number density and streaming velocity affect the waves directly, but the magnetic field affects these waves through the ponderomotive force, indirectly. As well, absorption of the laser pulse causes the plasma waves to grow in the laser direction and damp in the opposite direction. While, the amplification of the laser causes the waves to damp in the laser direction and grow in the opposite direction. In the perpendicular direction, the waves are influenced by the transverse gradient of initial quantities of number density, streaming velocity and external magnetic, in addition to their amounts, while these gradients don't have any effect on the parallel waves. Likewise, we investigate the behavior of the waves for different values of the transverse gradients. So that we indicate that the presence of each of gradients can completely change the behavior of the waves. As well, the investigations indicated that the presence of the transverse gradient of the initial density or streaming velocity couldn’t create the electromagnetic waves in the perpendicular direction but, the transverse gradient of the magnetic field could initiate these waves.
کلیدواژه‌ها [English]
- electron-positron plasma
- electromagnetic waves
- laser-plasma interaction
- wave instability
- quantum plasma
- S Ichimaru, “Basic Principles of Plasma Physics, A Statistical Approach”, Benjamin, Massachusetts, (1973).
- J Weiland, “Collective Modes in Inhomogeneous Plasma”, Institute of Physics, Bristol, (2000).
- A Hasegawa and K Mima, Phys. Fluids 21 (1978) 87.
- B B Kadomtsev, “Plasma Turbulence, Academic Press”, New York (1965).
- M J Rees, “The Very Early Universe”, edited by G W Gibbons, S W Hawking, and S Siklas, Cambridge University Press, Cambridge (1983).
- F C Michel, Rev. Mod. Phys. 54 (1982) 1; Hawking, and S Siklas, Cambridge University Press, Cambridge (1983).
- H R Mille and P Witta, “Active Galactic Nuclei”, Springer, Berlin, (1987).
- M C Begelman, R D Blandford, and M J Rees, Rev. Mod. Phys. 56 (1984) 255.
- M L Burns, “Positron-Electron Pairs in Astrophysics”, American Institute of Physics, Melville, NY, (1983).
- F C Michel, “Theory of Neutron Star Magnetosphere”, Chicago University Press, Chicago, (1991).
- P Helander and D J Ward, Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 135004.
- E P Liang, S C Wilks, and M Tabak, Phys. Rev. Lett. 81 (1998) 4887.
- C P Ridgers, C S Brady, R Duclous, J G Kirk, K Bennett, T D Arber, A P L Robinson, and A R Bell, Phys. Rev. Lett. 108 (2012) 165006.
- A W Trivelpiece, Comments Plasma Phys. Controlled Fusion 1 (1972) 57.
- H K Malik, Opt. Commun. 278 (2007) 387.
- Y N Istomin, Phys. Lett. A 299 (2002) 248.
- L Shenggang, R J Barker, Z Dajun, Y Yang, and G Hong, IEEE Trans. Plasma Sci., 28 (2000) 2135.
- A K Aria and H K Malik, Opt. Commun. 282 (2009) 423.
- V K Yadav and D Bora, Pramana 63 (2004) 563.
- S Bhattacharjee and H Amemiya, J. Phys. D: Appl. Phys. 33 (2000) 1104.
- G S Nusinovich, L A Mitin, and A N Vlasov, Phys. Plasmas 4 (1997) 4394.
- A M Anpilov, N K Berezhetskaya, V A Kopev, and I A Kossyi, J. Experim. Theoretical Phys. Lett. 62 (1995) 783.
- S Bhattacharjee and H Amemiya, Vacuum 58 (2000) 222.
- Md K Al-Hassan, H Ito, N Yugami, and Y Nishida, Phys. Plasmas 12 (2005) 112307.
- A R Niknam, M Hashemzadeh, and M M Montazeri, IEEE Trans. Plasma Sci. 38 (2010) 2390.
- B K Pandey, R N Agarwal, and V K Tripathi, Phys. Lett. A 349 (2006) 245.
- A G York and H M Milchberg, Phys. Rev. Lett. 100 (2008) 195001.
- S Abedi, D Dorranian, M E Abari, and B Shokri, Phys. Plasmas 18 (2011) 093108.
- B Shokri and A R Niknam, Phys. Plasmas 13 (2006) 113110.
- A Y Wong, J. Phys. 38 (1977) C6.
- M E Abari and B Shokri, Phys. Plasmas 18 (2011) 053111.
- A R Niknam, M Hashemzadeh, and B Shokri, Phys. Plasmas 16 (2009) 033105.
- A R Niknam and B Shokri, Phys. Plasmas, 14 (2007) 052104.
- H K Malik and A K Aria, J. Appl. Phys. 108 (2010) 013109.
- W M Moslem, S Ali, P K Shukla, and B Eliason, Phys. Lett. A 372 (2008) 3471.
- W F El-Taibani, W M Moslem, Miki Wadati, and P K Shukla, Phys. Lett. A 372 (2008) 4067.
- S A Khan, M K Ayub, and Ali Ahmad, Phys. Plasmas 19 (2012) 102104.
- Shalom Eliezer, “The Interaction of High-Power Lasers with Plasmas”, IoP Publishing, Bristol and Philadelphia, (2002).
- L Stenflo, J. Plasma Physics 5 (1971) 413.
- P K Shukla, N Shukla, and L Stenflo, J. Plasma Physics 76 (2009) 25.
- N Shukla, P K Shukla, B Eliasson, and L Stenflo, Phys. Lett. A 374 (2010) 1749.
- R J Goldston and P H Rutherford, “Introduction to plasma physics”, IoP, (1995).
- Mourad Djebli, Z. Naturforsch. A 70 (2015) 875.
- Yuan shi, Hong Qin, and Nathaniel J. Fisch, Phys. Plasmas 25 (2018) 055706.
- A Abdikian and S Mahmood, Phys. Plasmas 23 (2016) 122303.
- Peng Zheng, C P Ridgers, and A G R Thomas, New J. Phys. 17 (2015) 043051.
)