Soliton âm điện trong sự hiện diện của chùm electron và electron siêu nhiệt
Tóm tắt
Tóm tắt. Các soliton âm điện với biên độ tùy ý được nghiên cứu trong một plas ma không có từ trường với các electron lạnh và ion, electron nóng siêu nhiệt và một chùm electron. Sử dụng phương pháp tiềm năng giả Sagdeev, phân tích lý thuyết được thực hiện với giả định rằng electron nóng siêu nhiệt có phân bố kappa. Kết quả cho thấy sự có mặt của một chùm electron làm thay đổi giá trị tối thiểu của chỉ số quang phổ, κ, của phân bố electron siêu nhiệt và số Mach mà tại đó soliton âm điện có thể tồn tại, đồng thời cũng thay đổi độ rộng và biên độ trường điện của chúng. Đối với các thông số của vùng cực, biên độ trường điện tối đa và độ rộng của soliton được tìm thấy trong khoảng ~(30–524) mV m−1 và ~(329–729) m, tương ứng, với số Mach cố định M = 1,1 và tốc độ chùm electron là (660–1990) km s−1.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Armstrong, T. P., Paonessa, M. T., Bell II, E. V., and Krimigis, S.M.: Voyager observations of Saturnian ion and electron phase space densities, J. Geophys. Res., 88, 8893–8904, 1983.
Berthomier, M., Pottelette, R., Malingre, M., and Khotyaintsev, Y.: Electron-acoustic solitons in an electron-beam plasma system, Phys. Plasmas, 7, 2987–2994, 2000.
Berthomier, M., Pottelette, R., Muschietti, L., Roth, I., and Carlson, C. W.: Scaling of 3D solitary waves observed by FAST and POLAR, Geophys. Res. Lett., 30, 2148, https://doi.org/10.1029/2003GL018491, 2003.
Cattell, C., Bergmann, R., Sigsbee, K., Carlson, C., Chatson, C., Ergun, R., McFadden, J., Mozer, F. S., Temerin, M., Strangeway, R., Elphic, R., Kistler, L., Moebius, E., Tang, L., Klumpar, D., and Pfaff, R.: The association of electrostatic ion cyclotron waves, ion and electron beams and field-aligned currents: FAST observations of an auroral zone crossing near midnight, Geophys. Res. Lett., 25, 2053–2056, 1998.
Devanandhan, S., Singh, S. V., and Lakhina, G. S.: Electron acoustic solitons with kappa-distributed electrons, Phys. Scr., 84, 025507, https://doi.org/10.1088/0031-8949/84/02/025507, 2011.
Dubouloz, N., Pottelette, R., Malingre, M., Holmgren G., and Lindqvist, P. A.: Detailed analysis of broadband electrostatic noise in the dayside auroral zone, J. Geophys. Res., 96, 3565–3579, 1991.
Dubouloz, N., Treumann, R. A., Pottelette R., and Malingre, M.: Turbulence generated by a gas of electron acoustic solitons, J. Geophys. Res., 98, 17415–17422, 1993.
El-Shewy, E. K.: Higher-order solution of an electron-acoustic solitary waves with non-thermal electrons, Chaos, Solitons Fractals, 34, 628–638, https://doi.org/10.1016/j.chaos.2006.03.103, 2007.
Ergun, R. E., Carlson, C. W., Muschietti, L., Roth, I., and McFadden, J. P.: Properties of fast solitary structures, Nonlin. Processes Geophys., 6, 187–194, https://doi.org/10.5194/npg-6-187-1999, 1999.
Gill, T. S., Kaur, H., and Saini, N. S.: Small amplitude electron-acoustic solitary waves in a plasma with nonthermal electrons. Chaos, Solitons Fractals, 30, 1020–1024, https://doi.org/10.1016/j.chaos.2005.09.070, 2006.
Hellberg, M. A. and Mace, R. L.: Generalized plasma dispersion function for a plasma with a kappa-Maxwellian velocity distribution, Phys. Plasmas, 9, 1495–1504, https://doi.org/10.1063/1.1462636, 2002.
Kakad, A. P., Singh, S. V., Reddy, R. V., Lakhina, G. S., Tagare, S. G., and Verheest, F.: Generation mechanism for electron acoustic solitary waves, Phys. Plasmas, 14, 052305, https://doi.org/10.1063/1.2732176, 2007.
Kakad, A. P., Singh, S. V., Reddy, R. V., Lakhina, G. S., and Tagare, S. G.: Electron acoustic solitary waves in the Earth's magnetotail region, Adv. Space. Res., 43, 1945–1949, https://doi.org/10.1016/j.asr.2009.03.005, 2009.
Lakhina, G. S., Kakad, A. P., Singh, S. V., and Verheest, F.: Ion- and electron-acoustic solitons in two-electron temperature space plasmas, Phys. Plasmas, 15, 062903, https://doi.org/10.1063/1.2930469, 2008a.
Lakhina, G. S., Singh, S. V., Kakad, A. P., Verheest, F., and Bharuthram, R.: Study of nonlinear ion- and electron-acoustic waves in multi-component space plasmas, Nonlin. Processes Geophys., 15, 903–913, https://doi.org/10.5194/npg-15-903-2008, 2008b.
Lakhina, G. S., Singh, S. V., Kakad, A. P., Goldstein, M. L., Vinas, A. F., and Pickett, J. S.: A mechanism for electrostatic solitary structures in the Earth's magnetosheath, J. Geophs. Res., 114, A09212, https://doi.org/10.1029/2009JA014306, 2009.
Lakhina, G. S., Singh, S. V., and Kakad, A. P.: Ion- and electron-acoustic solitons and double layers in multi-component space plasmas, Adv. Space Res., 47, 1558–1567, 2011.
Mace, R. L. and Hellberg, M. A., A dispersion function for plasmas containing superthermal particles, Phys. Plasmas, 2, 2098–2109, 1995.
Mace, R. L. and Hellberg, M. A.: The Korteweg-de Vries-Zakharov-Kuznetsov equation for electron-acoustic waves, Phys. Plasmas, 8, 2649–2656, https://doi.org/10.1063/1.1363665, 2001.
Mace, R. L., Baboolal, S., Bharuthram, R., and Hellberg, M. A.: Arbitrary-amplitude electron-acoustic solitons in a two-electron-component plasma, J. Plasma Phys., 45, 323–338, 1991.
Mace, R. L., Amery, G., and Hellberg, M. A.: The electron-acoustic mode in a plasma with hot suprathermal and cool Maxwellian electrons, Phys. Plasmas, 6, 44–49, 1999.
Marsch, E., Muhlhauser, K. H., Schwenn, R., Rosenbauer, H., Pillip W., and Neubauer, F. M.: Solar wind protons: Three-dimensional velocity distributions and derived plasma parameters measured between 0.3 and 1 AU, J. Geophys. Res., 87, 52–72, 1982.
Miyake, T., Omura, Y., and Matsumoto, H.: Electrostatic particle simulations of solitary waves in the auroral region, J. Geophys. Res., 105, 23239–23249, 2000.
Pickett, J. S., Chen, L.-J., Kahler, S. W., Santol\\'ik, O., Goldstein, M. L., Lavraud, B., Décréau, P. M. E., Kessel, R., Lucek, E., Lakhina, G. S., Tsurutani, B. T., Gurnett, D. A., Cornilleau-Wehrlin, N., Fazakerley, A., Rème, H., and Balogh, A.: On the generation of solitary waves observed by Cluster in the near-Earth magnetosheath, Nonlin. Processes Geophys., 12, 181–193, https://doi.org/10.5194/npg-12-181-2005, 2005.
Pottelette, R., Ergun, R. E., Truemann, R. A., Berthomier, M, Carlson, C. W., McFadden, J. P., and Roth, I.: Modulated electron-acoustic waves in auroral density cavities: FAST observations, Geophys. Res. Lett., 26, 2629–2632, 1999.
Sahu, B.: Electron acoustic solitary waves and double layers with superthermal hot electrons, Phys. Plasmas, 17, 122305, https://doi.org/10.1063/1.3527988, 2010.
Singh, S. V. and Lakhina, G. S.: Electron acoustic solitary waves with non-thermal distribution of electrons, Nonlin. Processes Geophys., 11, 275–279, https://doi.org/10.5194/npg-11-275-2004, 2004.
Singh, S. V., Reddy, R. V., and Lakhina, G. S.: Broadband electrostatic noise due to nonlinear electron-acoustic waves, Adv. Space. Res., 28, 1643–1648, 2001.
Summers, D. and Thorne, R. M.: The modified plasma dispersion function, Phys. Fluids B, 3, 1835–1847, 1991.
Thorne, R. M. and Horne, R. B.: Landau damping of magnetospherically reflected whistlers, J. Geophys. Res., 99, 17249–17258, 1994.
Thorne, R. M. and Summers, D.: Landau damping in space plasmas, Phys. Fluids B, 3, 2117–2123, 1991a.
Thorne, R. M. and Summers, D.: Enhancement of wave growth for warm plasmas with a high-energy tail distribution, J. Geophys. Res., 96, 217–223, 1991b.
Vasyliunas, V. M.: A survey of low-energy electrons in the evening sector of the magnetosphere with OGO 1 and OGO 3, J. Geophys. Res., 73, 2839–2884, 1968.
Verheest, F.: Obliquely propagating large amplitude solitary waves in charge neutral plasmas, Nonlin. Processes Geophys., 14, 49–57, https://doi.org/10.5194/npg-14-49-2007, 2007.
Verheest, F., Cattart, T., and Hellberg, M. A.: Compressive and rarefactive electron-acoustic solitons and double layers in space plasmas, Space Sci. Rev., 121, 299–311, https://doi.org/10.1007/s11214-006-4148-7, 2005.