Open AccessNumerical modeling of plasma oscillations with consideration of electron thermal motion
Author(s) -
А. А. Фролов,
Е. В. Чижонков
Publication year - 2018
Publication title -
vyčislitelʹnye metody i programmirovanie
Language(s) - English
Resource type - Journals
eISSN - 1726-3522
pISSN - 0507-5386
DOI - 10.26089/nummet.v19r218
Subject(s) - oscillation (cell signaling) , physics , amplitude , plasma , eulerian path , nonlinear system , electron , thermal , mechanics , classical mechanics , plasma oscillation , plane wave , equations of motion , electron density , plane (geometry) , computational physics , lagrangian , quantum mechanics , mathematics , chemistry , geometry , thermodynamics , biochemistry , mathematical physics
Исследовано влияние теплового движения электронов на плоские нерелятивистские нелинейные плазменные колебания. Численно и аналитически показано, что при учете теплового движения колебания трансформируются в бегущую волну. При этом амплитуда волны растет с ростом температуры, что способствует выносу энергии из первоначальной области локализации колебаний. Для численного моделирования построена схема метода конечных разностей на основе эйлеровых переменных. При использовании лагранжевых переменных для приближения малых возмущений получены распределения максимумов электронной плотности в зависимости оттемпературы плазмы.Аналитические результаты находятся в хорошем соответствии с численными экспериментами. The effect of electron thermal motion on plane nonrelativistic nonlinear plasma oscillations is studied. It is shown numerically and analytically that when the thermal motion is taken into account, the oscillations are transformed to a traveling wave. At the same time, the wave amplitude grows with increasing temperature, which promotes the removal of energy from the initial region of oscillation localization. A finite-difference scheme is proposed for the numerical simulation on the basis of Eulerian variables. When using the Lagrangian variables to approximate small perturbations, the distributions of electron density maxima are obtained depending on the plasma temperature. The obtained analytical results are in good agreement with numerical experiments.