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Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.unb.br/handle/10482/22992
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Title: Abordagens hamiltoniana e vlasoviana dos efeitos da interação onda-partícula em plasmas não colisionais
Other Titles: Hamiltonian and vlasovian approaches of the effects of the wave-particle interaction in collisionless plasmas
Authors: Santos, Daniel Dourado de Aragão
Orientador(es):: Amato, Marco Antonio
Coorientador(es):: Elskens, Yves
Assunto:: Amortecimento de Landau
Plasma
Função dielétrica
Issue Date: 22-Mar-2017
Citation: SANTOS, Daniel Dourado de Aragão. Abordagens hamiltoniana e vlasoviana dos efeitos da interação onda-partícula em plasmas não colisionais. 2016. 127 f., il. Tese (Doutorado em Física)—Universidade de Brasília, Brasília, 2016.
Abstract: Nesse trabalho investigamos os efeitos da interação feixe-plasma por meio de um modelo hamiltoniano para um sistema composto de N partículas eletrostaticamente acopladas a uma onda. A discretização do sistema em feixes monocinéticos permite fazer uma abordagem perturbativa do problema e destacar importantes conexões entre as formulações hamiltoniana e vlasoviana. Por meio de resultados numéricos, mostramos que tanto o amortecimento como a amplificação de Landau surgem como consequência de um processo de phasemixing dos vários modos normais do sistema linearizado. Observamos que esse mecanismo possui características distintas dependendo se o sistema é estável ou instável. Os resultados obtidos para sistemas de muitos graus de liberdade foram possíveis graças ao desenvolvimento de uma nova técnica para obtenção de raízes complexas. Implementamos simulações de Vlasov via método semi-lagrangiano e descrevemos o processo de relaxação não colisional da distribuição de velocidades das partículas ressonantes e a evolução da intensidade da onda. Analisamos o espectro dos modos não amortecidos em plasmas livres quando se assume uma distribuição de velocidades estacionária com um pequeno (e suave) plateau nas vizinhanças da velocidade de fase da onda. Verificamos que essas oscilações são bastante sensíveis à forma do plateau principalmente quando possuem velocidades de fase próximas à velocidade térmica das partículas. Investigamos também, por meio do cálculo da função dielétrica, as modificações na relação de dispersão dos modos eletrostáticos em plasmas livres e plasmas magnetizados sujeitos a campo externo de radiação. Os cálculos são feitos com base em um modelo semiclássico, em que elétrons são descritos quanticamente e os campos classicamente.
Abstract: In this work we discuss the effects of the beam-plasma interaction by means of a hamiltonian model for a system composed of N particles electrostatically coupled to a single wave. The discretization of the system in monokinetic beams allows us to use a perturbative approach of the problem and highlight important connections between the hamiltonian and vlasovian formulations. By means of numerical calculations, we show that both Landau damping and growth emerge due to a phase mixing mechanism that involves many normal modes of the linearized system. We observe that this mechanism exhibits a distinct behavior depending on whether the system is stable or unstable. For systems with many degrees of freedom, the results obtained were possible due to the development of a new root-finding technique in the complex plane. Using vlasovian simulations via semi-Lagrangian scheme we describe the process of collisionless relaxation of the velocity distribution for the resonant particles and the evolution of the wave intensity. We analyse the spectrum of undamped modes in free plasmas when one assumes a stationary velocity distribution with a small (and smooth) plateau centred on the wave phase speed.We find that these oscillations are quite sensitive to the shape of the plateau, mainly for those that have velocities close to the thermal particle velocity. We also investigate, using a semiclassical approach, the modifications in the dispersion relation of the electrostatic modes in free and magnetized plasmas subjected to external radiation field.
Description: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, 2016.
Licença:: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
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