نویسندگان

• مرجان چابک‌سوار
• سحر درویش‌ملا
• مینا جمشیدی
• محمودرضا روحانی
• حسین حکیمی‌پژوه

دانشگاه الزهرا

چکیده

  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.

کلیدواژه‌ها

• ناپایداری رامان
• شبیه‌سازی ذره‌ای
• پلاسما
• امواج الکترومغناطیسی
• نرخ رشد

عنوان مقاله [English]

Particle simulation of forward Raman instability in a low-density plasma

نویسندگان [English]

• M Chaboksavar
• S Darvish Molla
• M Jamshidi
• MR Rouhani
• H Hakimipajouh

چکیده [English]

 Propagation of Electromagnetic wave in a plasma in the equilibrium state can cause instability. Investigating the situations in which this kind of instability occurs and grows is an important issue. In this paper, Raman instability in plasma is analyzed by particle simulation method. In terms of physical investigation, plasma is a very complicated environment and experimentally too expensive. Also, when such an environment is subjected experiment, it shows nonlinear behavior. To avoid these problems, we used particle simulation method to study Raman instability. Here, we model the mentioned instability with a nonrelativistic 2D electromagnetic PIC simulation code. As plasma consists of electrons and ions, it is simulated by particle method. It is supposed that ions for having a large potential form a uniform background, although electron’s dynamic is derived from Newton-Lorentz equations. In this article, it is shown that when a plane EM wave propagates in plasma, a longitudinal wave with adequately large amplitude starts to grow, which means Raman instability has occurred. The growth rate of longitudinal wave is in agreement with the theoretical results. Charge separation and bunching are observed by particles phase space investigation, which shows the accuracy of the written code in the creation and growth of longitudinal waves.

کلیدواژه‌ها [English]

• Raman instability
• PIC simulation
• plasma
• electromagnetic waves
• growth rate