Вплив температури іонів на динаміку аналітичного рішення відокремленої хвилі для пилових іонних акустичних хвиль для загасаючого рівняння Кортевега-де Вріза в q-неекстенсивній плазмі
Анотація
У цiй статтi дослiджуються динамiчнi властивостi аналiтичного розв’язку одиночних хвиль пилово-iонної акустики (DIA), iндукованих затухаючим вимушеним рiвнянням Кортевега-де Фрiза (DFKdV) у ненамагнiченiй зiткнювальнiй пиловiй плазмi, що мiстить нейтральнi частинки, q-неекстенсивнi електрони, позитивно зарядженi iони та негативно зарядженi пиловi частинки за наявностi зовнiшньої перiодичної сили. Для отримання затухаючого вимушеного рiвняння Кортевега-де Фрiза (DFKdV) було
розроблено пiдхiд редуктивних збурень. Помiчено, що для цiєї моделi плазми можливi як стискаючi, так i розрiдженi одиночнi хвильовi розв’язки пилово-iонної акустики (DIA). Враховується вплив низки фiзичних параметрiв: ентропiйного iндексу (q), частоти зiткнень iонiв пилу (vid0), швидкостi бiжучої хвилi (M), частоти перiодичної сили (ω), спiввiдношення температур iонiв до електронiв (σ), параметра, що є спiввiдношенням мiж незбуреними густинами iонiв пилу та електронiв (μ), сили та частоти зовнiшньої перiодичної сили (f0). Спостерiгається, що цi параметри мають значний вплив на структури затухаючих
вимушених акустичних одиночних хвиль iонiв пилу. Результати цього дослiдження можуть бути важливими для розумiння динамiки одиночних хвиль пил-iонiв (DIA) у лабораторнiй плазмi, а також у космiчному плазмовому середовищi.
Завантаження
Посилання
F.F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, 3rd edition, (Springer, 2016).
H. Schamel, and V.I. Maslov, ”Adiabatic growth of electron holes in current-carrying plasmas”, Physica Scripta, T50, 42 (1994). https://doi.org/10.1088/0031-8949/1994/t50/006
V.I. Maslov, and H.Schamel, “Growing electron holes in drifting plasmas”, Physics Letters A, 178, 171 (1993). https://doi.org/10.1088/0031-8949/1994/t50/006
H. Schamel, and V. Maslov, ”Langmuir Wave Contraction Caused by Electron Holes,” Physica Scripta, 82, 122 (1999). https://doi.org/10.1238/physica.topical.082a00122
D. Batani, V. Maslov, and D. Bondar, et al. ”Smoothing of transverse nonuniformities at the critical density in laser interaction with nonuniform plasmas,” Laser and Particle Beams, 43, (e3) (2025). https://doi.org/10.1017/lpb.2025.10003
V.I. Maslov, ”Electron beam excitation of a potential well in a magnetized plasma waveguide,” Physics Letters A, 165(1), 63–68 (1992). https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)91055-v
V.I. Maslov, I.N. Onishchenko, I.P. Yarovaya, et al. ”Excitation and properties of large amplitude soliton near foil at laser pulse interaction with it,” Problems of Atomic Science and Technology, (1), 324–327 (2012).
A. Scott, Encyclopedia of nonlinear science, 1st edition, (Routledge, 2006).
N.J. Zabusky, and M.D. Kruskal, ”Interaction of solitons in a collisionless plasma and the recurrence of initial states,” Physical review letters, 15(6), 240 (1965). https://doi.org/10.1103/physrevlett.15.240
P.K. Shukla, ”Nonlinear waves and structures in dusty plasmas,” Physics of Plasmas, 10(5), 1619-1627 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1557071
A.P. Misra, and C. Bhowmik, ”Nonplanar ion-acoustic waves in a quantum plasma,” Physics Letters A, 369(1-2), 90-97 (2007). https://doi.org/10.1016/j.physleta.2007.04.066
F. Verheest, ”Waves and instabilities in dusty space plasmas,” Space Science Reviews, 77(3), 267-302 (1996). https://doi.org/10.1007/bf00226225
B. Tian, and Y.T. Gao, ”Symbolic computation on cylindrical-modified dust-ion-acoustic nebulons in dusty plasmas,” Physics Letters A, 362(4), 283-288 (2007). https://doi.org/10.1016/j.physleta.2006.10.094
R. Bharuthram, and P.K. Shukla, ”Large amplitude ion-acoustic double layers in a double Maxwellian electron plasma,” The Physics of fluids, 29(10), 3214-3218 (1986). https://doi.org/10.1063/1.865839
L.L. Yadav, and S.R. Sharma, ”Obliquely propagating ion-acoustic double layers in a multicomponent magnetized plasma,” Physica scripta, 43(1), 106 (1991). https://doi.org/10.1088/0031-8949/43/1/018
F.B. Rizzato, ”Weak nonlinear electromagnetic waves and low-frequency magnetic-field generation in electron-positron-ion plasmas,” Journal of plasma physics, 40(2), 289-298 (1988). https://doi.org/10.1017/s0022377800013283
H.R. Miller, and P.J. Wiita, Active galactic nuclei, vol. 30, (1988).
V.S. Beskin, A.V. Gurevich, and Y.N. Istomin, Physics of the pulsar magnetosphere, (Cambridge university press, 1993).
F.C. Michel, ”Theory of pulsar magnetospheres,”Reviews of Modern Physics, 54(1), 1 (1982). https://doi.org/10.1103/revmodphys.54.1
H.Washimi, and T. Taniuti, ”Propagation of ion-acoustic solitary waves of small amplitude,” Physical Review Letters, 17(19), 996 (1966). https://doi.org/10.1103/physrevlett.17.996
B.B. Kadomtsev, and V.I. Karpman, ”Nonlinear waves,” Soviet Physics Uspekhi, 14(1), 40 (1971).
D. Gresillon, and F. Doveil, ”Normal modes in the ion-beam-plasma system,” Physical Review Letters, 34(2), 77 (1975). https://doi.org/10.1103/physrevlett.34.77
B.C. Kalita, and S.N. Barman, ”Fully nonlinear ion-acoustic solitary waves in a warm magnetized plasma with electron inertia,” Astrophysics and Space Science, 330, 311-316 (2010). https://doi.org/10.1007/s10509-010-0394-y
S.A. Boldyrev, S.V. Vladimirov, and V.N. Tsytovich, ”Coupled Langmuir and ion-acoustic solitons,” Soviet Journal of Plasma Physics, 18(11), 727-732 (1992).
H. Ikezi, R.J. Taylor, and D.R. Baker, ”Formation and interaction of ion-acoustic solitions,” Physical Review Letters, 25(1), 11 (1970). https://doi.org/10.1103/physrevlett.25.11
H. Ikezi, Experiments on ion-acoustic solitary waves. Research Report: (IPPJ, 1973).
Y. Nakamura, and T. Ogino, ”Numerical and laboratory experiments on spherical ion-acoustic solitons,” Plasma Physics, 24(10), 1295 (1982). https://doi.org/10.1088/0032-1028/24/10/007
G.O. Ludwig, J.L. Ferreira, and Y. Nakamura, ”Observation of ion-acoustic rarefaction solitons in a multicomponent plasma with negative ions,” Physical review letters, 52(4), 275 (1984). https://doi.org/10.1103/physrevlett.52.275
J.L. Cooney, M.T. Gavin, and K.E. Lonngren, ”Experiments on Korteweg–de Vries solitons in a positive ion–negative ion plasma,” Physics of Fluids B: Plasma Physics, 3(10), 2758-2766 (1991). https://doi.org/10.1063/1.859912
W.H. Julian, and P. Goldreich, ”Pulsar electrodynamics,” Astrophys. J, 157, 869 (1969). https://doi.org/10.1086/150119
E. Tandberg-Hanssen, and A.G. Emslie, The physics of solar flares, vol. 14, (Cambridge University Press, 1988).
C.K. Goertz, ”Dusty plasmas in the solar system. Reviews of Geophysics,” 27(2), 271-292 (1989). https://doi.org/10.1029/rg027i002p00271
O. Havnes, T. Aslaksen, F. Melandsø, and T. Nitter, ”Collisionless braking of dust particles in the electrostatic field of planetary dust rings,” Physica Scripta, 45(5), 491 (1992). https://doi.org/10.1088/0031-8949/45/5/012
E.C. Whipple, T.G. Northrop, and D.A. Mendis, ”The electrostatics of a dusty plasma,” Journal of Geophysical Research: Space Physics, 90(A8), 7405-7413 (1985). https://doi.org/10.1029/ja090ia08p07405
P.K. Shukla, and A.A. Mamun, Introduction to dusty plasma physics, 1st edn. (IOP, London, 2002).
F. Verheest, ”Waves and instabilities in dusty space plasmas,” Space Science Reviews, 77(3), 267-302 (1996). https://doi.org/10.1007/bf00226225
L. Tonks, and I. Langmuir, ”Oscillations in ionized gases,” Physical Review, 33(2), 195 (1929). https://doi.org/10.1103/physrev.33.195
R.W. Revans, ”The transmission of waves through an ionized gas,” Physical Review, 44(10), 798 (1933). https://doi.org/10.1103/physrev.44.798
M.A. Leontovich, editor, Reviews of Plasma Physics, (Springer Science & Business Media, (2012).
H. Ikezi, R.J. Taylor, and D.R. Baker, ”Formation and interaction of ion-acoustic solitions,” Physical Review Letters, 25(1), 11 (1970). https://doi.org/10.1103/physrevlett.25.11
A.A. Mamun, ”Arbitrary amplitude dust-acoustic solitary structures in athree-component dusty plasma,” Astrophysics and Space Science, 268, 443-454 (1999). https://doi.org/10.1023/a:1002031022895
N.N. Rao, P.K. Shukla, and M.Y. Yu, ”Dust-acoustic waves in dusty plasmas,” Planetary and space science, 38(4), 543-546 (1990). https://doi.org/10.1016/0032-0633(90)90147-i
P.K. Shukla, M.Y. Yu, and R. Bharuthram, ”Linear and nonlinear dust drift waves,” Journal of Geophysical Research: Space Physics, 96(A12), 21343-21346 (1991). https://doi.org/10.1029/91ja02331
F. Melandso/, ”Lattice waves in dust plasma crystals,” Physics of Plasmas, 3(11), 3890-3901 (1996). https://doi.org/10.1063/1.871577
P.K. Shukla, and R.K. Varma, ”Convective cells in nonuniform dusty plasmas,” Physics of Fluids B: Plasma Physics, 5(1), 236-237 (1993). https://doi.org/10.1063/1.860864
R.L. Merlino, A. Barkan, C. Thompson, and N. D’angelo, ”Laboratory studies of waves and instabilities in dusty plasmas,” Physics of Plasmas, 5(5), 1607-1614 (1998). https://doi.org/10.1063/1.872828
M. Tribeche, and T.H. Zerguini, ”Small amplitude Bernstein–Greene–Kruskal solitary waves in a thermal charge-varying dusty plasma,” Physics of Plasmas, 11(8), 4115-4122 (2004). https://doi.org/10.1063/1.1768957
J. Tamang, K. Sarkar, and A. Saha, ”Solitary wave solution and dynamic transition of dust ion acoustic waves in a collisional nonextensive dusty plasma with ionization effect,” Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 505, 18-34 (2018). https://doi.org/10.1016/j.physa.2018.02.213
P.K. Shukla, and V.P. Silin, ”Dust ion-acoustic wave,” Physica Scripta, 45(5), 508 (1992). https://doi.org/10.1088/0031-8949/45/5/015
A. Barkan, N. D’angelo, and R.L. Merlino, ”Experiments on ion-acoustic waves in dusty plasmas,” Planetary and Space Science, 44(3), 239-242 (1996). https://doi.org/10.1016/0032-0633(95)00109-3
Y. Nakamura, H. Bailung, and P.K. Shukla, ”Observation of ion-acoustic shocks in a dusty plasma,” Physical review letters, 83(8), 1602 (1999). https://doi.org/10.1103/physrevlett.83.1602
A. R´enyi, ”On a new axiomatic theory of probability,” Acta Mathematica Academiae Scientiarum Hungarica, 6, 285-335 (1955). https://doi.org/10.1007/bf02024393
L. Liyan, and D. Jiulin, ”Ion acoustic waves in the plasma with the power-law q-distribution in nonextensive statistics,” Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 387(19-20), 4821-4827 (2008). https://doi.org/10.1016/j.physa.2008.04.016
C. Tsallis, ”Nonadditive entropy and nonextensive statistical mechanics-an overview after 20 years,” Brazilian Journal of Physics, 39, 337-356 (2009). https://doi.org/10.1590/s0103-97332009000400002
A. Saha, ”Bifurcation, periodic and chaotic motions of the modified equal width-Burgers (MEW-Burgers) equation with external periodic perturbation,” Nonlinear Dynamics, 87(4), 2193-2201 (2017). https://doi.org/10.1007/s11071-016-3183-5
L. Mandi, K.K. Mondal, and P. Chatterjee, ”Analytical solitary wave solution of the dust ion acoustic waves for the damped forced modified Korteweg-de Vries equation in q-nonextensive plasmas,” The European Physical Journal Special Topics, 228(12), 2753-2768 (2019). https://doi.org/10.1140/epjst/e2019-900047-4
A. Saha, and P. Chatterjee, ”Solitonic, periodic and quasiperiodic behaviors of dust ion acoustic waves in superthermal plasmas,” Brazilian Journal of Physics, 45, 419-426 (2015). https://doi.org/10.1007/s13538-015-0329-8
N.S. Saini, ”Dust ion acoustic rogue waves in superthermal warm ion plasma,” Journal of Plasma Physics, 81(3), 905810316 (2015). https://doi.org/10.1017/s0022377815000082
K. Nozaki, and N. Bekki, ”Chaos in a perturbed nonlinear Schr¨odinger equation,” Physical review letters, 50(17), 1226 (1983). https://doi.org/10.1103/physrevlett.50.1226
W. Beiglbock, J.P. Eckmann, H. Grosse, M. Loss, S. Smirnov, et al. Concepts and Results in Chaotic Dynamics, (Springer, Berlin 2000).
P. Chatterjee, R. Ali, and A. Saha, ”Analytical solitary wave solution of the dust ion acoustic waves for the damped forced Korteweg–de Vries equation in superthermal plasmas,” Zeitschrift f¨ur Naturforschung A, 73(2), 151-159 (2018). https://doi.org/10.1515/zna-2017-0358
A.S. Bains, M. Tribeche, and T.S. Gill, ”Modulational instability of ion-acoustic waves in a plasma with a q-nonextensive electron velocity distribution,” Physics of Plasmas, 18(2), (2011). https://doi.org/10.1063/1.3554658
Авторське право (c) 2025 Сарбамон Токбі, Сатьєндра Натх Барман
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).
