Пылевые потоки в нелинейных пыле-акустических волнах в плазме

Обложка
  • Авторы: Дубинов А.Е.1,2, Китаев И.Н.1,2
  • Учреждения:
    1. Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
    2. Саровский физико-технический институт – филиал НИЯУ “Московский инженерно-физический институт”
  • Выпуск: Том 61, № 1 (2023)
  • Страницы: 11-17
  • Раздел: Исследование плазмы
  • URL: https://journals.rcsi.science/0040-3644/article/view/138602
  • DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364423010040
  • ID: 138602

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Построена линейная теория гармонических пыле-акустических волн в пылевой плазме. В ее рамках установлен закон дисперсии таких волн и выведена формула для скорости пылевого звука. Развита также нелинейная теория пыле-акустических волн, в рамках которой получена формула для псевдопотенциала Сагдеева. Ее анализ показал существование дозвуковых периодических пыле-акустических волн и сверхзвуковых пыле-акустических солитонов. Вычислены средние потоки пылинок в периодической пыле-акустической волне и в последовательности пыле-акустических солитонов. Показано, что поток пылинок в периодической пыле-акустической волне направлен против фазовой скорости волны и, наоборот, поток пылинок переносится солитонами в направлении своего движения.

Об авторах

А. Е. Дубинов

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский
научно-исследовательский институт экспериментальной физики; Саровский физико-технический институт – филиал НИЯУ
“Московский инженерно-физический институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: dubinov-ae@yandex.ru
Россия, Саров; Россия, Саров

И. Н. Китаев

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский
научно-исследовательский институт экспериментальной физики; Саровский физико-технический институт – филиал НИЯУ
“Московский инженерно-физический институт”

Email: dubinov-ae@yandex.ru
Россия, Саров; Россия, Саров

Список литературы

  1. Rao N.N., Shukla P.K., Yu M.Y. Dust-Acoustic Waves in Dusty Plasmas // Planet. Space Sci. 1990. V. 38. № 4. P. 543.
  2. Barkan A., Merlino R.L., D’Angelo N. Laboratory Observation of the Dust-Acoustic Wave Mode // Phys. Plasmas. 1995. V. 2. № 10. P. 3563.
  3. Prabhakara H.R., Tanna V.L. Trapping of Dust and Dust Acoustic Waves in Laboratory Plasmas // Phys. Plasmas. 1996. V. 3. № 8. P. 3176.
  4. Pramanik J., Veeresha B.M., Prasad G., Sen A., Kaw P.K. Experimental Observation of Dust-Acoustic Wave Turbulence // Phys. Lett. A. 2003. V. 312. № 1−2. P. 84.
  5. Kim S.-H., Heinrich J.R., Merlino R.L. Diffraction of Dust Acoustic Waves by a Circular Cylinder // Phys. Plasmas. 2008. V. 15. № 9. P. 090701.
  6. Yaroshenko V.V., Annaratone B.M., Khrapak S.A., Thomas H.M., Morfill G.E., Fortov V.E., Lipaev A.M., Molotkov V.I., Petrov O.F., Ivanov A.I., Turin M.V. Electrostatic Modes in Collisional Complex Plasmas under Microgravity Conditions // Phys. Rev. E. 2004. V. 69. № 6. P. 066401.
  7. Kumar K., Bandyopadhyay P., Singh S., Arora G., Sen A. Reflection of a Dust Acoustic Solitary Wave in a Dusty Plasma // Phys. Plasmas. 2021. V. 28. № 10. P. 1030701.
  8. Schwabe M., Zhdanov S.K., Thomas H.M., Ivlev A.V., Rubin-Zuzic M., Morfill G.E., Molotkov V.I., Lipaev A.M., Fortov V.E., Reiter T. Nonlinear Waves Externally Excited in a Complex Plasma under Microgravity Conditions // New J. Phys. 2008. V. 10. № 3. P. 033037.
  9. Pieper J.B., Goree J. Dispersion of Plasma Dust Acoustic Waves in the Strong-Coupling Regime // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. № 15. P. 3137.
  10. Thompson C., Barkan A., D’Angelo N., Merlino R.L. Dust Acoustic Waves in a Direct Current Glow Discharge // Phys. Plasmas. 1997. V. 4. № 7. P. 2331.
  11. Williams J.D., Snipes E.K. Measurements of the Dust Temperature in the Dispersion Relation of the Dust Acoustic Wave // IEEE Trans. Plasma Sci. 2010. V. 38. № 4. P. 847.
  12. Saitou Y. Fluid Dispersion Relation of Dust Acoustic Wave with Ion Flow // Phys. Plasmas. 2021. V. 28. № 7. P. 073703.
  13. Shukla P.K., Mamun A.A. Solitons, Shocks, and Vortices in Dusty Plasmas // New J. Phys. 2003. V. 5. № 1. P. 17.
  14. Shukla P.K., Eliasson B. Fundamentals of Dust-Plasma Interactions // Rev. Mod. Phys. 2009. V. 81. № 1. P. 25.
  15. Merlino R.L., Heinrich J.R., Kim S.-H., Meyer J.K. Dusty Plasmas: Experiments on Nonlinear Dust Acoustic Waves, Shocks and Structures // Plasma Phys. Control. Fusion. 2012. V. 54. № 12. P. 124014.
  16. Thomas Jr.E. Measurements of Spatially Growing Dust Acoustic Waves in a DC Glow Discharge Plasma // Phys. Plasmas. 2006. V. 13. № 4. P. 042107.
  17. Yadav L.L., Sayal V.K. Obliquely Propagating Cnoidal Waves in a Magnetized Dusty Plasma with Variable Dust Charge // Phys. Plasmas. 2009. V. 16. № 11. P. 113703.
  18. Heinrich J., Kim S.-H., Merlino R.L. Laboratory Observations of Self-Excited Dust Acoustic Shocks // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 103. № 11. P. 115002.
  19. Sarma S.K., Boruah A., Nakamura Y., Bailung H. Observation of Dust Acoustic Shock Wave in a Strongly Coupled Dusty Plasma // Phys. Plasmas. 2016. V. 23. № 5. P. 053702.
  20. Naeem I., Ehsan Z., Mirza A.M., Murtaza G. Shocklets in the Comet Halley Plasma // Phys. Plasmas. 2020. V. 27. P. 043703.
  21. Verheest F. Nonlinear Dust-Acoustic Waves in Multispecies Dusty Plasmas // Planet. Space Sci. 1992. V. 40. № 1. P. 1.
  22. Khaled M.A.H., Shukri M.A., Hager Y.A.A. Dust Acoustic Solitons in an Opposite Polarity Dusty Plasma in the Presence of Generalized Polarization Force // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. № 10. P. 103703.
  23. Hellberg M.A., Baluku T.K., Verheest F., Kourakis I. Dust-Acoustic Supersolitons in a Three-Species Dusty Plasma with Kappa Distributions // J. Plasma Phys. 2013. V. 79. № 6. P. 1039.
  24. Moslem W.M., Sabry R., El-Labany S.K., Shukla P.K. Dust-Acoustic Rogue Waves in a Nonextensive Plasma // Phys. Rev. E. 2011. V. 84. № 6. P. 066402.
  25. Selim M.M., Abdelwahed H.G., El-Attafi M.A. Nonlinear Dust Acoustic Rogue Waves in a Two Temperature Charged Dusty Grains Plasma // Astrophys. Space Sci. 2015. V. 359. № 1. P. 25.
  26. Rajib T.I., Tamanna N.K., Chowdhury N.A., Mannan A., Sultana S., Mamun A.A. Dust-Ion-Acoustic Rogue Waves in Presence of Non-Extensive Non-Thermal Electrons // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. № 12. P. 123701.
  27. Singh K., Saini N.S. The Evolution of Rogue Wave Triplets and Super Rogue Waves in Superthermal Polarized Space Dusty Plasma // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. № 11. P. 113702.
  28. Dubinov A.E., Kitayev I.N. Backwards Dust-Acoustic Waves // Phys. Plasmas. 2016. V. 23. № 10. P. 104503.
  29. Dubinov A.E., Kitayev I.N. Nonlinear Periodic Backward Dust Acoustic Waves // Planet. Space Sci. 2021. V. 195. № 1. P. 105142.
  30. Xue J.-K. Cylindrical Dust Acoustic Waves with Transverse Perturbation // Phys. Plasmas. 2003. V. 10. № 8. P. 3430.
  31. Annou K. Effects of Spherical Geometry and Two Temperature Electrons on Dust Acoustic Waves // Astrophys. Space Sci. 2014. V. 350. № 1. P. 211.
  32. Dev A.N., Sarma J., Deka M.K. Dust Acoustic Shock Waves in Arbitrarily Charged Dusty Plasma with Low and High Temperature Non-Thermal Ions // Canadian J. Phys. 2015. V. 93. № 10. P. 1030.
  33. El-Taibany W.F., El-Siragy N.M., Behery E.E., Elbendary A.A., Taha R.M. The Effects of Variable Dust Size and Charge on Dust Acoustic Waves Propagating in a Hybrid Cairns–Tsallis Complex Plasma // Indian J. Phys. 2018. V. 92. № 5. P. 661.
  34. Lazar M., Kourakis I., Poedts S., Fichtner H. On the Effects of Suprathermal Populations in Dusty Plasmas: the Case of Dust-Ion-Acoustic Waves // Planet. Space Sci. 2018. V. 156. № 1. P. 130.
  35. Ouazene M., Amour R. Dust Acoustic Solitons in a Dusty Plasma with Cairns–Gurevich Distributed Ions // Astrophys. Space Sci. 2019. V. 364. № 1. P. 20.
  36. Merlino R.L. 25 Years of Dust Acoustic Waves // J. Plasma Phys. 2014. V. 80. № 6. P. 773.
  37. El-Labany S.K., Moslem W.M., Safy F.M. Effects of Two-Temperature Ion, Magnetic Field, and Higher-Order Nonlinearity on the Existence and Stability of Dust-Acoustic Solitary Waves in Saturn’s F Ring // Phys. Plasmas. 2006. V. 13. № 8. P. 082903.
  38. Kopnin S.I., Popel S.I., Yu M.Y. Phenomena Associated with Complex (Dusty) Plasmas in the Ionosphere During High-Speed Meteor Showers // Phys. Plasmas. 2009. V. 16. № 6. P. 063705.
  39. Scales W.A., Mahmoudian A. Charged Dust Phenomena in the Near-Earth Space Environment // Rep. Prog. Phys. 2016. V. 79. № 10. P. 106902.
  40. Tribeche M., Bacha M. Dust-Acoustic Shock Waves in a Charge Varying Electronegative Magnetized Dusty Plasma with Nonthermal Ions: Application to Halley Comet Plasma // Phys. Plasmas. 2013. V. 20. № 10. P. 103704.
  41. Трухачев Ф.М., Васильев М.М., Петров О.Ф. Солитонные токи // ТВТ. 2020. Т. 58. № 4. С. 563.
  42. Dubinov A.E., Kitayev I.N., Kolotkov D.Y. The Separation of Ions and Fluxes in Nonlinear Ion-Acoustic Waves // Phys. Plasmas. 2021. V. 28. № 8. P. 083702.
  43. Dubinov A.E., Lebedeva X.I. Ambiplasma Separation into Matter and Antimatter by a Train of Baryon-Acoustic Solitons in the Problem of the Baryon Asymmetry of the Universe // Chaos, Solitons & Fractals. 2021. V. 152. № 1. P. 111391.
  44. Дубинова И.Д. Применение W-функции Ламберта в математических задачах физики плазмы // Физика плазмы. 2004. Т. 30. № 10. С. 937.
  45. Dubinov A.E., Dubinova I.D. How Can One Solve Exactly Some Problems in Plasma Theory // J. Plasma Phys. 2005. V. 71. № 5. P. 715.
  46. Гордиенко В.А., Дубинова И.Д., Дубинов А.Е. Нелинейная теория стационарных уединенных волн большой амплитуды в симметричных незамагниченных e−e+-плазме и С60−С60+-плазме // Физика плазмы. 2006. Т. 32. № 11. С. 987.
  47. Dubinov A.E. Mathematical Tricks for Pseudopotentials in the Theories of Nonlinear Waves in Plasmas // Phys. Plasmas. 2022. V. 29. № 2. P. 020901.
  48. Дубинов А.Е., Колотков Д.Ю., Сазонкин М.А. Нелинейная теория ионно-звуковых волн в запыленной электрон-позитрон-ионной плазме // ЖТФ. 2012. Т. 82. № 5. С. 7.
  49. Дубинов А.Е., Суслова О.В. Возможны ли гиперзвуковые электростатические солитоны? Оценка предельных чисел Маха ионно-звуковых солитонов в теплой плазме // ЖЭТФ. 2020. Т. 158. № 5(11). С. 968.
  50. Fortov V.E., Khrapak A.G., Khrapak S.A., Molotkov V.I., Nefedov A.P., Petrov O.F., Torchinsky V.M. Mechanism of Dust-Acoustic Instability in a Direct Current Glow Discharge Plasma // Phys. Plasmas. 2000. V. 7. № 5. P. 1374.
  51. Trukhachev F.M., Vasiliev M.M., Petrov O.F., Vasilieva E.V. Dust-Acoustic Soliton Breaking and the Associated Acceleration of Charged Particles // Phys. Rev. E. 2019. V. 100. P. 063202.

Дополнительные файлы


© А.Е. Дубинов, И.Н. Китаев, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах