Vzryvnoy rost krupnomasshtabnykh magnitnykh fluktuatsiy vsledstvie rasseyaniya chastits na razvitoy melkomasshtabnoy veybelevskoy turbulentnosti v magnitoaktivnoy plazme

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Построена аналитическая теория нелинейной генерации крупномасштабной магнитной турбулентности в анизотропной магнитоактивной плазме в квазилинейном приближении без учета непосредственного нелинейного взаимодействия отдельных гармоник. Показано, что аномальные столкновения частиц, обусловленные рассеянием на мелкомасштабных флуктуациях развитой вейбелевской турбулентности, приводят к неустойчивости длинноволновых гармоник, устойчивых в линейном приближении. Нелинейный рост таких гармоник при заданной анизотропии распределения частиц по скоростям, согласованной с коротковолновой турбулентностью на стадии насыщения и возможной анизотропной инжекцией частиц, происходит в сверхэкспоненциальном режиме и соответствует неустойчивости взрывного типа. Найден закон нарастания крупномасштабного поля и определено критическое время взрывной неустойчивости.

About the authors

N. A Emel'yanov

Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН

Email: n.emelyanov@ipfran.ru
Н. Новгород, Россия

Vl. V Kocharovskiy

Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН

Email: kochar@ipfran.ru
Н. Новгород, Россия

References

  1. E. S. Weibel, Phys. Rev. Lett. 2, 85 (1959).
  2. S. Hamasaki, Phys. Fluids 11, 2724 (1959).
  3. L. O. Silva, R. A. Fonseca, J. W. Tonge, W. B. Mori, and J. M. Dawson, Phys. Plasmas 9, 2458 (2002).
  4. T. N. Kato, Phys. Plasmas 12, 080705 (2005).
  5. R. C. Tautz and R. Schlickeiser, Phys. Plasmas 13, 062901 (2006).
  6. M. Lasar, R. Schlickeiser, and S. Poedts, Phys. Plasmas 16, 012106 (2009).
  7. D. Ibscher, M. Lasar, and R. Schlickeiser, Phys. Plasmas 19, 072116 (2012).
  8. O. А. Pokhotelov and M. A. Balikhin, Ann. Geophys. 30, 1051 (2012).
  9. H. S. Park, C. M. Huntington, F. Fiusa et al. (Collaboration), Phys. Plasmas 22, 056311 (2015).
  10. В. В. Кочаровский, Вл. В. Кочаровский, В. Ю. Мартьянов, С. В. Тарасов, УФН 186, 1267 (2016).
  11. A. Grassi, M. Crech, F. Amiranoff, F. Pegoraro, Macchi, and C. Riconda, Phys. Rev. E 95, 023203 (2017).
  12. Н. А. Емельянов, Вл. В. Кочаровский, Изв. Вузов. Радиофизика 66, 664 (2024).
  13. Z. Zhao, S. He, H. An et al. (Collaboration), Sci. Adv. 10, eadk5229 (2024).
  14. M. V. Medvedev and A. Loeb, Astrophys. J. 526, 697 (1999).
  15. B. D. Keen and M. V. Medvedev, Phys. Rev. E 88, 013103 (2013).
  16. F. V. Coroniti, Astrophys. J. 780, 146 (2014).
  17. K. I. Nishikawa, Y. Mizuno, J. L. Gomes, I. Dutan, Meli, J. Niemiec, O. Kobzar, M. Pohl, H. Sol, N. MacDonald, and D. H. Hartmann, Galaxies 7, 7010029 (2019).
  18. A. Peer, Galaxies 7, 7010033 (2019).
  19. K. I. Nishikawa, I. Dutan, C. Cohn, and Y. Mizuno, Living Rev. Comput. Astrophys 7, 1 (2021).
  20. M. Zhou, V. Zhdankin, M. W. Kunz, N. F. Loureiro, and D. A. Uzdensky, PNAS 119, e2119831119 (2022).
  21. H. Takabe, Phys. Plasmas 30, 030901 (2023).
  22. M. Zhou, V. Zhdankin, M. W. Kunz, N. F. Loureiro, and D. A. Uzdensky, Astrophys. J. 960, 157 (2024).
  23. T. Jikei, T. Amano, and Y. Matsumoto, Astrophys. J. 961, 157 (2024).
  24. J. W. Wallace, J. U. Brackbill, C. W. Cranfill, D. W. Forslund, and R. J. Mason, Phys. Fluids 30, 1085 (1987).
  25. A. Bret, M. C. Firpo, and C. Deutsch, Phys. Rev. Lett. 94, 115002 (2005).
  26. L. Ji-Wei and P. Wen-Bing, Chin. Phys. Lett. 22, 1976 (2005).
  27. U. Schaefer-Roffls, I. Lerche, and R. Schlickeiser, Phys. Plasmas 13, 12107 (2006).
  28. A. Stockem, I. Lerche, and R. Schlickeiser, Astrophys. J. 659, 419 (2007).
  29. M. Mahdavi and H. Khanzadeh, Phys. Plasmas 20, 052114 (2013).
  30. D. D. Ryutov, F. Fiuza, C. M. Huntington, J. S. Ross, and H. S. Park, Phys. Plasmas 21, 032701 (2014).
  31. Aman-ur-Rehman, S. Ali Shan, and T. Majeed, Phys. Plasmas 24, 22113 (2017).
  32. K. M. Schoeffler and O. Silva, Phys. Rev. Research 2, 033233 (2020).
  33. A. A. Kuznetsov, V. V. Kocharovsky, Vl. V. Kocharovsky, A. A. Nechaev, and M. A. Garasev, Plasma Phys. Rep. 48, 973 (2022).
  34. N. A. Emelyanov and Vl. V. Kocharovsky, Plasma Phys. Rep. 50, 199 (2024).
  35. R. L. Morse and C. W. Nielson, Phys. Fluids 14, 830 (1971).
  36. R. C. Davidson, D. A. Hammer, I. Haber, and C. E. Wagner, Phys. Fluids 15, 317 (1972).
  37. T. Y. Yang, J. Arons, and A. B. Langdon, Phys. Plasmas 1, 3059 (1994).
  38. A. Karmakar, N. Kumar, G. Shvets, O. Polomarov, and Pukhov, Phys. Rev. Lett 101, 255001 (2008).
  39. Л. В. Бородачев, М. А. Гарасев, Д. О. Коломиец, Вл. В. Кочаровский, В. Ю. Мартьянов, А. А. Нечаев, Изв. Вузов. Радиофизика 59, 991 (2017).
  40. H. Takabe and Y. Kuramitsu, High Power Laser Science and Engineering 9, 49 (2021).
  41. L. Sironi, L. Comisso, and R. Golant, Phys. Rev. Lett. 131, 055201 (2023).
  42. А. И. Ахиезер, И. А. Ахиезер, Р. В. Половин, А. Г. Ситенко, К. Н. Степанов, Электродинамика плазмы, Наука, М. (1974).
  43. A. Achterberg, J. Wiersman, and C. A. Norman, A&A 475, 19 (2007).
  44. O. А. Pokhotelov and O. A. Amariutei, Ann. Geophys. 29, 1997 (2011).
  45. C. Ruyer, L. Gremillet, A. Debayle, and G. Bonnaud, Phys. Plasmas 22, 032102 (2015).
  46. M. V. Medvedev, arXiv:1705.03169, (2017).
  47. А. А. Кузнецов, А. А. Нечаев, М. А. Гарасев, Вл. В. Кочаровский, ЖЭТФ 137, 966 (2023).
  48. В. В Батыгин, И. Н. Топтыгин, Современная электродинамика, Институт компьютерных исследований, М. (2005).
  49. R. L. Berger and R. C. Davidson, Phys. Fluids. 15, 2327 (1972).
  50. В. Дикасов, Л. Рудаков, Д. Рютов, ЖЭТФ 21, 913 (1965).
  51. R. C. Davidson, Methods in nonlinear plasma theory, Academic Press, N.Y. (1972).
  52. М. И. Рабинович, В. В. Реутов, Изв. Вузов. Радиофизика 16, 815 (1973).
  53. A. D. D. Craik, Wave interactions and fluid flows, Cambridge University Press, Cambridge (1990).
  54. B. R. Safdi and H. Segur, Phys. Rev. Lett 99, 245004 (2007).
  55. S. C. Cowley, B. Cowley, S. A. Henneberg, and H.R. Wilson, Proc. R. Soc. A 471, 20140913 (2015).
  56. H. R. Wilson and S. C. Cowley, Phys. Rev. Lett 97, 175006 (2004).
  57. V. V. Fomichev, S. M. Fainshtein, and G. P. Chernov, Plasma Phys. Rep. 44, 905 (2018).
  58. M. Lasar, R. Lopez, S. Shaaban, S. Poedts, P. H. Yoon, and H. Fichtner, Front. Astron. Space Sci. 8, 777559 (2022).
  59. D. B. Graham, G. Cozzani, Y. V. Khotyaintsev et al. (Collaboration), Space Sci. Rev. 221, 20 (2025).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences