Phase mixing importance for both Landau instability and damping

Abstract

We discuss the self-consistent dynamics of plasmas by means of hamiltonian formalism for a system of N near-resonant electrons interacting with a single Langmuir wave. The connection with the Vlasov description is revisited through the numerical calculation of the van Kampen-like eigenfrequencies of the linearized dynamics for many degrees of freedom. Both the exponential-like growth as well as damping of the Langmuir wave are shown to emerge from a phase mixing effect among beam modes, revealing unexpected similarities between the stable and unstable regimes.

Abordagens hamiltoniana e vlasoviana dos efeitos da interação onda-partícula em plasmas não colisionais

“…Esse mecanismo responsável por gerar o amortecimento de Landau foi estudado em outros contextos como, por exemplo, no modelo de fluido dividido em feixes introduzido por Dawson na referência [48]. No capítulo 4 estudamos o mecanismo de phase mixing e os efeitos do amortecimento e amplificação de Landau por meio de um modelo hamiltoniano para plasmas [18,15,36]. Apresentamos nossos resultados e discutimos conexões com as abordagens de Landau, van Kampen e Dawson quando o limite do contínuo é tomado.…”

“…O propósito principal da presente tese é investigar os mecanismos associados ao amortecimento de Landau tanto no regime linear, em que efeitos de aprisionamento podem ser negligenciados, quanto no regime não linear em que notórias distorções na distribuição de equilíbrio dos elétrons são observadas. Pra isso, consideramos o modelo hamiltoniano proposto em [14,15] que é resolvido em termos de uma expansão em modos normais [18,36] no regime t τ B e por meio de simulações de Vlasov para tempos da ordem ou maiores que o período de aprisionamento das partículas. Investigamos o espectro das oscilações não amortecidas em plasmas livres quando introduzimos uma distribuição de velocidades estacionária ligeiramente diferente de uma maxwelliana.…”