بررسی اثردمای یون‌ها در انبساط پلاسما به خلأ با استفاده از نظریه جنبشی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشگاه بجنورد

2 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بجنورد، بجنورد

چکیده

در این مقاله تاثیرات دمای اولیه‌ی یونی در انبساط پلاسمای یک بعدی بدون برخورد به خلا با استفاده از نظریه جنبشی مورد بررسی قرار گرفته است. دینامیک ذرات توسط معادله ولاسوف برای الکترون‌ها و یون‌ها بر اساس یک کد شبیه‌سازی تعیین‌می-شود. در این شبیه‌سازی، معادله ولاسف به روش مشخصه‌ها حل شده است. تاثیر دمای اولیه یون‌ها با مقایسه نسبت‌های مختلف دمایی یون به الکترون، (Ti/Te)، در شبیه‌سازی بررسی می‌شود. نتایج نشان می‌دهند که افزایش دمای یون‌ها باعث افزایش سرعت یون‌ها می‌شود. این امر نزدیکی یون‌ها به الکترون‌ها را به دنبال دارد و باعث می‌شود میدان الکتریکی سریعتر کاهش یابد. بعلاوه به علت وجود دمای اولیه یون‌ها نرخ انبساط پلاسما افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of influence of ions temperature on plasma expansion into vacuum using kinetic theory

نویسندگان [English]

  • Reza Shokoohi 1
  • Ebrahim Mohammadi Razi 2
1 Department of physics, Faculty of sciences, Bojnord University, Bojnord
2 Department of physics, Faculty of sciences, University of Bojnord, Bojnord
چکیده [English]

In this paper, the effects of initial temperature of ions on the expansion of a one-dimensional collisionles plasma into vacuum is studied using kinetic theory. The particle dynamics is determined by the Vlasov equation for the electrons and ions based on a simulation code. In this simulation code, the Vlasov equation is solved by the characteristics method. The initial temperature effects of ions with comparison of different temperature ratio ions per electrons (Ti/Te), is investigated in the simulation. The results show that, the increase in the temperature of the ions leads to the higher velocity of the ions which cause the proximity of ions to electrons and then the faster decrease of the electric field. In addition, due to the initial temperature of the ions, the rate of expansion of plasma will increase.

کلیدواژه‌ها [English]

  • plasma expansion
  • kinetic theory
  • Vlasov equation

[1] Ch. Sack, H. Schamel, Plasma expansion into vacuum-A hydrodynamic approach, Physics Reports 156 (1987)311.

[2] J.E. Crow, P.L. Auer, L.E. Allen, The expansion of a plasma into a vacuum, Journal of Plasma Physics 14 (1975) 65.

[3] T. Grismayer, P. Mora, Thin-foil expansion into a vacuum, Journal of Plasma Physics13 (2006) 032103.

[4]Yu V Medvedev, Ion front in an expanding collisionless plasma, Plasma Physics and Controlled Fusion 53 (2011) 125007.

[5] P. Mora, T. Grismayer, “Rarefaction Acceleration and Kinetic Effects in Thin-Foil Expansion into a Vacuum” Physical Review Letters 102 (2009(145001.

[6] Denavit, J. Collisionless plasma expansion into a vacuum, Physics of Fluids 22 (1979) 1384.

[7] A. Diaw, P. Mora, Thin-foil expansion into a vacuum with a two-temperature electron distribution function, Physical Review E 86(2012) 026403.

[8] M. Borghesi, J. Fuchs, S.V. Bulanov, A. J. Mackinnon, P.K. Patel, M. Roth, Fast Ion Generation by High-Intensity Laser Irradiation of Solid Targets and Applications, Fusion Science and Technology 49(2006) 412.

[9] M. Passoni, et al., Charge separation effects in solid targets and ion acceleration with a two-temperature electron distribution, physical review E, 69 (2004) 026411.

[10] P. Antici, P. et al., Energetic protons generated by ultrahigh contrast laser pulses interacting with ultrathin targets, physics of plasma 14 (2007)030701.

[11] T. Grismayer, P. Mora, Influence of a finite initial ion density gradient on plasma expansion into a vacuum, physics of plasma13 (2006) 32103

[12] R. Shokoohi, H. Abbasi, Influence of electron velocity distribution on the plasma expansion features, Journal of Applied Physics 106 (2009) 033309

[13] C. Thaury, P. Mora, A. Héron, J.C. Adam, In uence of the Weibel instability on the expansion of a plasma slab into a vacuum, Physical Review E 82(2010) 016408.

[14] I.S. Elkamash, I. Kourakis, Multispecies plasma expansion into vacuum: The role of secondary ions and suprathermal electrons, Physical Review E 94(2016) 53202.

[15] Yu. V. Medvedev, Expansion of a finite plasma into vacuum, Plasma Physics and Controlled Fusion 47(2005) 1031.