Швидкі іон-акустичні солітонні хвилі в гарячій плазмі від’ємно заряджених іонів з двотемпературними неізотермічними електронами
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe70.9.570Ключові слова:
фазова швидкiсть, швидкi солiтони, двотемпературна неiзотермiчна електронна плазма, iзотермiчнi позитрони, траєкторiї на фазовiй площинiАнотація
Використовуючи формалiзм псевдопотенцiалу Сагдеєва, було проведено дослiдження iонно-акустичних швидких солiтонiв великої амплiтуди та їх траєкторiй на фазовiй площинi для модельної плазми, яка складється з гарячих позитивних i негативних iонiв, гарячих позитронiв та двотемпературних неiзотермiчних електронiв. Критична фазова швидкiсть (Vc) спочатку отримується аналiтично шляхом розв’язання дисперсiйного спiввiдношення за рiзних фiзичних умов. На основi цього аналiзу фазова швидкiсть згодом iдентифiкується як швидкiсть, яка не тiльки перевищує критичне значення, але й задовольняє критерiї iснування солiтонних розв’язкiв включно iз усiма необхiдними граничними умовами.
Посилання
1. M.Q. Tran. Propagation of solitary waves in a two ion species plasma with finite ion temperature. Plasma Physics 16, 1167 (1974).
https://doi.org/10.1088/0032-1028/16/12/006
2. M.K. Mishra, R.S.Tiwari, J.K. Chawla. Ion-acoustic solitons in a negative ion plasma with two-electyron temperature distributions. Phys. Plasmas 19, 062303 (2012).
https://doi.org/10.1063/1.4725505
3. Y. Nakamura, H. Bailung, R. Ichiki. Effects of a slow ion beam on ion-acoustic waves. Phys. Plasmas 11, 3795 (2004).
https://doi.org/10.1063/1.1764506
4. M.K. Mishra, R.S. Chhabra. Ion-acoustic compressive and rarefactive solitons in a warm multicomponent plasma with negative ions. Phys. Plasmas 3 (12), 4446 (1996).
https://doi.org/10.1063/1.872063
5. A. Paul, A. Bandyopadhyay. Nonlinear fast-mode waves in a two-temperature electron-positron-ion plasma. Astrophysics and Space Science, 368 (3), 23 (2023).
6. S. Mahmood, H. Ur-Rehman. Compressive and rarefactive solitons for Fast and Slow ion acoustic waves in multi-ion plasmas. J. Physical Soc. Jpn. 82, 7, (2013).
https://doi.org/10.7566/JPSJ.82.074501
7. S.N. Paul, C. Das, I. Paul, B. Bandyopadhyay, S. Chattopadhyay, S.S. De. Ion-acoustic solitary waves in an electron-ion-positron plasma. Indian J. Phys. 86, 545 (2012).
https://doi.org/10.1007/s12648-012-0080-8
8. D.K. Singh, H.K. Malik. Solitons in inhomogeneous magnetized negative ion containing plasma with two-temperature nonisothermal electrons. IEEE Transactions on Plasma Science 36 (2), 462 (2008).
https://doi.org/10.1109/TPS.2008.918674
9. R.Z. Sagdeev. Cooperative phenomena and shock waves in collisionless plasmas. Reviews of Plasma Phys., Edited by M.A. Leontovich (Consultants Bureau) 4, 23 (1966).
10. J.L. Cooney, M.T.Gavin, K.E. Lonngren. Experiments on Korteweg-de Vries solitons in a positive ion - negative ion plasma. Phys. Fluids B 3 (10), 2758 (1991).
https://doi.org/10.1063/1.859912
11. F. Verheest, S.R. Pillay. Large-amplitude Fast-mode solitons and double layers in multi-component plasmas. J. Plasma Phys. 74 (5), 639 (2008).
12. S. Baboolal, R. Bharuthram, M.A. Hellberg. Cut-off conditions and existence domains for large amplitude ionacoustic solitons and double layers in fluid plasmas. J. Plasma Phys. 44 1, 1 (1990).
https://doi.org/10.1017/S0022377800014975
13. G.S. Lakhina, S.V. Singh, A.P. Kakad. Ion-acoustic solitons/double layers in two-ion plasma. Phys. Plasmas 21, 062311 (2014).
https://doi.org/10.1063/1.4884791
14. H. Schamel, V.I. Maslov. Adiabatic growth of electron holes in current-carrying plasmas. Physica Scripta T 50, 42 (1994).
https://doi.org/10.1088/0031-8949/1994/T50/006
15. H. Schamel, V. Maslov. Langmuir wave contraction caused by electron holes. Physica Scripta T 82, 122 (1999)
https://doi.org/10.1238/Physica.Topical.082a00122
16. V. Maslov, H. Schamel. Growing electron holes in drifting plasmas. Phys. Lette. A 178 (1-2), 171 (1993).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(93)90746-M
17. V.I. Maslov. Electron beam excitation of a potential well in a magnetized plasma waveguide. Phys. Lett. A 165 (1), 63 (1992).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)91055-V
18. S.G. Tagare. Effect of ion temperature on ion-acoustic solitons in a two-ion warm plasma with adiabatic positive and negative ions and isothermal electrons. J. Plasma Phys. 36, 301 (1986).
https://doi.org/10.1017/S0022377800011776
19. F. Verheest. Ion-acoustic solitons in multi-component plasmas including negative ions at critical densities. J. Plasma Phys. 39, 71 (1988).
https://doi.org/10.1017/S0022377800012861
20. K.P. Das, F. Verheest. Ion-acoustic solitons in magnetized multi-component plasmas including negative ions. J.Plasma Phys. 41, 139 (1989).
https://doi.org/10.1017/S0022377800013726
21. M.K. Mishra, R.S. Chhabra, S.R. Sharma. Obliquely propagating ion-acoustic solitons in a multi-component magnetized plasma with negative ions. J. Plasma Phys. 52 (3), 409 (1994).
https://doi.org/10.1017/S0022377800027227
22. G.S. Lakhina, S.V. Singh, A.P. Kakad, F. Verheest, R. Bharuthram. Study of nonlinear ion- and electronacoustic waves in multi-component space plasmas. Nonlinear Processes in Geophysics 15, 903 (2008).
https://doi.org/10.5194/npg-15-903-2008
23. S.K. Maharaj, R. Bharuthram, S.V. Singh, G.S. Lakhina. Existence domains of arbitrary amplitude nonlinear structures in two-electron temperature space plasmas. Phys. Plasmas 21 (19), 122301 (2012).
https://doi.org/10.1063/1.4769174
24. M.A. Hellberg, F. Verheest. Ion-acoustic solitons in plasmas with two-temperature ions. Phys. Plasmas 15, 062307 (2008).
https://doi.org/10.1063/1.2930468
25. F. Verheest, M.A. Hellberg. Ion-acoustic solitons in plasma with two adiabatic constituents. J. Plasma Phys. 76 (3-4), 277 (2010).
https://doi.org/10.1017/S0022377809990468
26. F. Nsengiyumva, M.A. Hellberg, F. Verheest, R.L. Mace. Stopbands in the existence domains of acoustic solitons. Phys. Plasmas 21, 102301 (2014).
https://doi.org/10.1063/1.4896707
27. S.K. Maharaj, R. Bharuthram, S.V. Singh, G.S. Lakhina. Existence domains of slow and fast ion-acoustic solitons in two-ion space plasmas. Phys. Plasmas 22, 032313 (2015).
https://doi.org/10.1063/1.4916319
28. S. Sebastian, M. Michael, G. Sreekala, A. Varghese, V. Chandu. Fast and slow mode solitary waves in a fivecomponent plasma. Brazilian J. Phys. 47 (1), 46 (2017).
https://doi.org/10.1007/s13538-016-0465-9
29. G.S. Lakhina, S.V. Singh, R. Rubia, S. Devanandhan. Electrostatic solitary structures in space plasmas: Soliton perspective/plasma. MDPI J./Plasma 4 (4), 681 (2021).
https://doi.org/10.3390/plasma4040035
30. H. Malik, K. Singh. Small amplitude soliton propagation in a weakly relativistic magnetized space plasma: Electron inertia contribution. IEEE Trans. Plasma Sci. 33 (6), 1995 (2005).
https://doi.org/10.1109/TPS.2005.860137
31. S. Chattopadhyay. Existence of small-amplitude double layers in two-temperature nonisothermal plasma. Ukr. J. Phys. 68 (12), 795 (2023).
https://doi.org/10.15407/ujpe68.12.795
32. X. Mushinzimana, F. Nsengiyumva. Large amplitude slow ion-acoustic solitary waves in a warm negative ion plasma with superthermal electrons: The fast mode revisited, AIP Advances 10 (6), 065305 (2020).
https://doi.org/10.1063/1.5127199
33. Rajkumar Roychoudhury. Quasipotential approach to solitary wave solutions in nonlinear plasma. Proc. Inst. of Math. NAS of Ukraine 30 (2), 510 (2000).
34. G.O. Ludwig, J.L. Ferreira, Y. Nakamura. Observation of ion-acoustic rarefaction solitons in a multicomponent plasma with negative ions. Phys. Rev. Lett. 52 (4), 275 (1984).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.52.275
35. B. Song, N. D'Angelo and R.L.Merlino. Ion-acoustic waves in a plasma with negative ions. Phys. Fluids B 3, 284 (1991).
https://doi.org/10.1063/1.859736
36. B. Handique, H. Bailung, G.C. Das, J. Chutia. Observations of low-frequency mode in a multicomponent plasma with negative ions. Phys. Plasmas 6, 1636 (1999).
https://doi.org/10.1063/1.873418
37. R. Ichiki, S. Yoshimura, T. Watanabe, Y. Nakamura, Y. Kawai. Experimental observation of dominant propagation of the ion-acoustic slow mode in a negative plasma and its application. Phys. Plasmas 9, 4481 (2002).
https://doi.org/10.1063/1.1515770
38. C.P. Olivier, S.K. Maharaj, R. Bharuthram. Ion-acoustic solitons, double layers and supersolitons in a plasma with two ion and two electron species. Phys. Plasmas 22, 082312 (2015).
https://doi.org/10.1063/1.4928884
39. G.S. Lakhina, S. Singh, R. Rubia, S. Devanandhan. Electrostatic solitary structures in space plasmas: Soliton perspective. MDPI J. Plasma 4 (4), 681 (2021).
https://doi.org/10.3390/plasma4040035
40. F. Verheest, M.A. Hellberg, I. Kourakis. Acoustic solitary waves in dusty and/or multi-ion plasmas with cold, adiabatic and hot constituents. Phys. Plasmas 15, 112309 (2008).
https://doi.org/10.1063/1.3026716
41. F. Verheest, M.A. Hellberg, G.S. Lakhina. Necessary conditions for the generation of acoustic solitons in magnetospheric and space plasmas with hot ions. Astrophys. Space Sci. Trans. 3, 15 (2007).
https://doi.org/10.5194/astra-3-15-2007
42. S. Chattopadhyay. Effects of ionic temperatures on phase velocities of ion-acoustic solitary waves in a drift negative ion plasma with single temperature electron. FIZIKA A (Zagreb) 16 (1), 25 (2007).
43. S.G. Tagare, R. Virupakshi Reddy. Effect of ionic temperature on ion-acoustic solitons in a two-ion warm plasma consisting of negative ions and nonisothermal electrons. Plasma Phys. Controlled Fusion 29 (6), 671 (1987).
https://doi.org/10.1088/0741-3335/29/5/008
44. R. Virupakshi Reddy, S.G. Tagare. Effect of ionic temperatures on ion-acoustic solitons in a two-electrontemperature plasma with adiabatic positive and negative ions and isothermal electrons. J. Physical Soc. Jpn. 56 (12), 4329 (1987).
https://doi.org/10.1143/JPSJ.56.4329
45. S.G. Tagare, R.V. Reddy. Effect of higher-order nonlinearity on propagation of nonlinear ion-acoustic waves in a collisionless plasma consisting of negative ions. J. Plasma Phys. 35, 219 (1986).
https://doi.org/10.1017/S0022377800011296
46. S. Chattopadhyay. Effects of drift negative ion plasmas on ion-acoustic solitary waves in drift cold positive ion plasmas with isothermal electrons. Fizika A (Zagreb) 16 (2), 63 (2007).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
