Неустойчивости циркулярно поляризованной волны с захваченными частицами в изотропной плазме

В. Л. Красовский

Физика плазмы (принято к печати 06.08.2012)

В. Л. Красовский

Институт космических исследований РАН

E-mail: vkrasov@mx.iki.rssi.ru

Аннотация

Рассмотрены строение и устойчивость поперечной электромагнитной волны, распространяющейся в плазме без внешнего магнитного поля с фазовой скоростью меньшей скорости света. Стационарная волна конечной амплитуды описывается точными решениями уравнений Власова-Максвелла. Однако, в отличие от хорошо известного электростатического аналога, волны Бернштейна-Грина-Крускала, структура волны тесно связана с наличием захваченных частиц с широм поперечных скоростей, без которых существование волн с показателем преломления большим единицы невозможно. Показано, что главной причиной неустойчивости волны является продольное движение частиц, захваченных в ямы эффективного потенциала, относительно фоновой плазмы. В работе установлено дисперсионное уравнение для анализа устойчивости волны в широком диапазоне параметров и найдены выражения для инкрементов в основных режимах неустойчивости. Анализ устойчивости показал, что наиболее сильной является неустойчивость плазменно-пучкового типа, которая доминирует, если концентрация захваченных частиц не слишком велика. С ростом концентрации захваченных частиц влияние шира поперечных скоростей модифицирует и ослабляет пучковую неустойчивость. Возбуждение неустойчивых электромагнитных сателлитов равновесной волны, как правило, слабее роста продольных колебаний. Однако, если плазменная частота захваченных частиц становится порядка w » kс , где k - волновое число равновесной волны, нарастание продольных и поперечных возмущение происходит с одинаковой скоростью. При этом одновременно возбуждаются продольные колебания с волновым числом порядка k и поперечные сателлиты первичной волны с волновыми числами много меньшими k. Рост сателлитов проявляется в крупномасштабной модуляции равновесной волны с характерной длиной модуляции, пропорциональной баунс-периоду колебаний захваченных частиц в ямах эффективного потенциала.