Нестабільність іонних циклотронних хвиль (ICW) за рахунок енергії турбулентності нижніх гібридних дрейфових хвиль (LHDW)
Анотація
Досліджено нестабільність іонних циклотронних хвиль (ІЦХ) за наявності турбулентності нижньогібридних дрейфових хвиль (НГДХ). Неоднорідність плазми в області магнітопаузи Землі підтримує діапазон низькочастотних хвиль дрейфових турбулентних полів через градієнти густини в різних областях середовища. Одне з цих явищ дрейфу ідентифіковано як нижчі гібридні дрейфові хвилі (LHDWs), які задовольняють умові резонану ω − k · v = 0. Ми розглянули нелінійну взаємодію хвилі та частинок модель, де резонансна хвиля, яка прискорює частинку в магнітопаузі, може передавати свою енергію іонним циклотронним хвилям через модульоване поле. Незважаючи на частотні проміжки між двома хвилями, енергія може передаватися нелінійно для генерації нестабільних іонних циклотронних хвиль, які завжди не задовольняють умові резонансу Ω − K · v = 0, та умові нелінійного розсіювання Ω − ω − (K − k) · v ≠ 0. Тут ω і Ω - це частоти резонансної та нерезонансної хвиль відповідно, а k та K — відповідні хвильові числа. Отримано нелінійне дисперсійне співвідношення для іонних циклотронних хвиль (ICW) за наявності турбулентності нижніх гібридних дрейфових хвиль (LHDWs). Оцінено швидкість зростання іонних циклотронних хвиль з використанням даних космічних спостережень в області магнітопаузи.
Завантаження
Посилання
Cecilia Norgren, Swedish Institute of Space Physics and Department of Physics and Astronomy, Uppsala University, Sweden, ISSN: 1401-5757, UPTEC F 11 057 (2011)
J.D. Huba, N.T. Gladd, and K. Papadopoulos, ”Lower-hybrid-drift wave turbulence in the distant magnetotail,” J. Geophys. Res. 83(A11), 5217–5226 (1978). https://doi.org/10.1029/JA083iA11p05217
S.D. Bale, F.S. Mozer, and T. Phan, ”Observation of lower hybrid drift instability in the diffusion region at a reconnecting magnetopause,” Geophys. Res. Lett. 29(24), 2180 (2002). https://doi.org/10.1029/2002GL016113
T.A. Carter, M. Yamada, H. Ji, R.M. Kulsrud, and F. Trintchouk, ”Experimental study of lower-hybrid drift turbulence in a reconnecting current sheet,” Phys. Plasmas, 9(8), 3272–3288 (2002). https://doi.org/10.1063/1.1494433
W. Fox, M. Porkolab, J. Egedal, N. Katz, and A. Le, ”Laboratory observations of electron energization and associated lower-hybrid and Trivelpiece–Gould wave turbulence during magnetic reconnection,” Phys. Plasmas, 17(7), 072303 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3435216
J.D. Menietti, P. Schippers, O. Santol´ık, D.A. Gurnett, F. Crary, and A.J. Coates, ”Ion cyclotron harmonics in the Saturn downward current auroral region,” J. Geophys. Res. 116, A12234 (2011). https://doi.org/10.1029/2011JA017102
G. Praburam, Ph.D.Thesis, Department of Physics, Indian Institute of Technology, Delhi, India (1989). http://eprint.iitd.ac.in/handle/2074/4073
G.V. Khazanov, S. Boardsen, E.N. Krivorutsky, M.J. Engebretson, D. Sibeck, S. Chen, and A. Breneman, ”Lower hybrid frequency range waves generated by ion polarization drift due to electromagnetic ion cyclotron waves: Analysis of an event observed by the Van Allen Probe B,” J. Geophys. Res. Space Physics, 122, 449–463 (2017). https://doi.org/10.1002/2016JA022814
G. Fruit, P. Louarn, and A. Tur, ”Electrostatic drift instability in a magnetotail configuration: The role of bouncing electrons,” Phys. Plasmas, 24(3), 032903 (2017). https://doi.org/10.1063/1.4978566
M. Singh, and P.N. Deka, ”Plasma-maser Effect in Inhomogeneous Plasma in the Presence of Drift Wave Turbulence,” Phys. Plasmas, 12(10), 102304 (2005). https://doi.org/10.1063/1.2087587
P.N. Deka, and A. Borgohain, ”On unstable electromagnetic radiation through nonlinear wave–particle interactions in presence of drift wave turbulence,” J.Plasma Phys. 78(5), 515-524 (2012). https://doi.org/10.1017/S0022377812000207
P. Senapati, and P.N. Deka, ”Instability of Electron Bernstein Mode in Presence of DriftWave Turbulence Associated with Density and Temperature Gradients,” J. Fusion Energy, 39, 477–490 (2020). https://doi.org/10.1007/s10894-020-00269-y
J.K. Deka, and P.N. Deka, ”Emission of whistler mode radiation with kinetic Alfven wave in burning plasma,” Eur. Phys. J. Plus, 137, 1116 (2022). https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-022-03330-1
A. Kumar, R. Gupta, and J. Sharma, ”Electromagnetic Weibel instability in spatial anisotropic electron–ion plasmas,” AIP Advances, 12(6), 065013 (2022). https://doi.org/10.1063/5.0092835
M. Nambu, Laser Part. Beams, ”A new maser effect in plasma turbulence,” 1, 427 (1983). https://doi.org/10.1017/S0263034600000513
V.N. Tsytovich, ”Mechanism for wave absorption or amplification in stochastic acceleration of particles,” Sov. Phys. JETP, 62, 483-488 (1985). http://www.jetp.ras.ru/cgi-bin/dn/e_062_03_0483.pdf
S.P. Gary, Theory of Space Plasma Microinstabilities, (Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1993).
M. Nambu, ”Interaction between the Electron-Cyclotron Emissions at (n+1/2)Ωe and the Ring-Current Protons in Space,” Phys. Rev. Lett. 34, 387 (1975). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.34.387
M. Nambu, S. Bujarbarua, and S.N. Sarma, ”Plasma maser theory for magnetized plasma,” Phys. Rev. A, 35, 798 (1987). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.35.798
L.D. Landau, ”On the vibration of the electronic plasma,” J. Phys. USSR, 10, 25 (1946).
T.H. Stix, Waves in Plasma, ()AIP, New York, 1992).
N.A. Krall, and A.W. Trivelpiece, Principles of Plasma Physics, (McGraw Hill Kogakusha Ltd., New York, 1973). https://doi.org/10.1119/1.1987587
S. Ichimaru, Basic Principles Of Plasma Physics: A Statistical Approach. 1st ed. (CRC Press, 1973). https://doi.org/10.1201/9780429502118
F. Chen, Introduction to Plasma Physics, (Plenum Press, New York, 1974).
M. Singh, P.N. Deka, ”Plasma-maser instability of the ion acoustics wave in the presence of lower hybrid wave turbulence in inhomogeneous plasma,” Pramana - J. Phys. 66, 547–561 (2006). https://doi.org/10.1007/BF02704498
T.J. Bradley, S.W. Cowley, G. Provan, G.J. Hunt, E.J. Bunce, et al., ”Field-Aligned Currents in Saturn’s Nightside Magnetosphere: Subcorotation and Planetary Period Oscillation Components During Northern Spring,” J. Geophys. Res. 123, 3602-3636 (2018). https://api.semanticscholar.org/CorpusID:54949745
P.N. Deka, and A. Borgohain, ”Amplification of ion acoustic wave in an inhomogeneous plasma through nonlinear wave-particle interaction with drift wave turbulence,” Phys.Plasmas, 18, 042311 (2011). https://api.semanticscholar.org/CorpusID:120942154
X. Tang, C. Cattell, R. Lysak, L.B. Wilson, L. Dai, and S. Thaller, ”THEMIS observations of electrostatic ion cyclotron waves and associated ion heating near the Earth’s dayside magnetopause,” J. Geophys. Res. Solid Earth, 120(5), 3380-3392 (2015). https://doi.org/10.1002/2015JA020984
M. Rosenberg, and R. Merlino, ”Instability of higher harmonic electrostatic ion cyclotron waves in a negative ion plasma,” J. Plasma Phys. 75, 495-508 (2009). https://api.semanticscholar.org/CorpusID:11846857
V. Khaira, and G. Ahirwar, ”Dispersion relation of electrostatic ion cyclotron waves in multi-component magnetoplasma,” AIP Conf. Proc. 1670(1), 030016 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4926700
S.P. Gary, ”Wave-particle transport from electrostatic instabilities,” Phys. Fluids, 23(6), 1193–1204 (1980). https://doi.org/10.1063/1.863120
M. Malingre, R. Pottelette, N. Dubouloz, P.A. Lindqvist, G. Holmgren, and B. Aparicio, ”Sporadic electromagnetic emissions in the Akr frequency range associated with electrostatic plasma turbulence,” Geophys. Res. Lett. 19, 1339-1342 (1992). https://doi.org/10.1029/92GL01154
J. Ben´aˇcek, M. Karlick´y and L.V. Yasnov, ”Temperature dependent growth rates of the upper-hybrid waves and solar radio zebra patterns,” A&A, 598, A106 (2017). https://doi.org/10.1051/0004-6361/201629717
A.B. Zylstra, O.A. Hurricane, D.A. Callahan, A.L. Kritcher, J.E. Ralph, H.F. Robey, J.S. Ross, et al., ”Burning plasma achieved in inertial fusion,” Nature, 601(7894), 542–548 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04281-w
Авторське право (c) 2023 Ракша Мундхра, П.Н. Дека
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
