بررسی اثر میدان مغناطیسی متغیر و نیروی کوریولیس بر امواج یون صوتی غیر خطی در پلاسمای کوآنتومی برخوردی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسنده

گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء (ص) بهبهان، بهبهان، ایران

چکیده

در این پژوهش یک پلاسمای کوانتمی برخوردی شامل یونهای لخت غیر تبهگن و الکترون های غیر لخت تبهگن در حضور میدان مغناطیسی غیرهمگن فضایی، در نظرگرفته شده است. با درنظرگرفتن مدل سیالی، انتشار امواج غیرخطی برانگیخته شده ناشی از تغییرات میدان مغناطیسی و همچنین نیروی کوریولیس بررسی شده است. با استفاده از روش اختلال کاهنده معادله دیفرانسیل حاکم بر انتشار مود سالیتونی یون آکوستیکی بدست آمده است. این معادله یک معادله دیفرانسیل غیرخطی از نوع کورته- وگ دی وری - برگر اصلاح شده است. همانطوری که از این معادله دیده می شود جملات اتلافی برگر و برخوردی ناشی از تغییرات مکانی میدان مغناطیسی، برخورد یونها با ذرات خنثی و همچنین اثر نیروی کورلیس است. محاسبات عددی نشان می دهد تاثیر ترکیبی میدان مغناطیسی، برخورد یونها با ذرات خنثی و نیروی کوریولیس روی رفتار مود یون آکوستیکی قابل توجه بوده و باعث ایجاد پالسهای نوسانی و همچنین تابشی در پشت محل انتشار سالیتون می شود. با حذف تغییرات فضایی میدان مغناطیسی و نیروی کوریولیس و همچنین برخورد یونها با ذرات خنثی این معادله به معادله یون آکوستیک کوانتمی تبدیل می شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the effect of varying magnetic field and Coriolis force on nonlinear ion-acoustic waves in collisional quantum plasma

نویسنده [English]

  • Mohammad Eghbali
Department of Physics, Faculty of Science, Behbahan Khatam Alanbia University of Technology, Behbahan, 63616-47189, Iran
چکیده [English]

In this study, a collisional quantum plasma, consisting of positively charged inertial non-degenerate ions and inertialess degenerate electrons, is considered in the presence of the spatially varying magnetic field. The excited nonlinear wave propagation due to changes in the magnetic field and Coriolis force is investigated using the fluid model. The differential equation governing the propagation of ion-acoustic solitons is obtained by the reductive perturbation method. This is a modified Korteweg–de Vries–Burgers differential equation where Burger dissipation and collision terms are derived from spatial changes of the magnetic field, the collision of ions with neutral particles, and the effect of Coriolis force. Results of the numerical analysis indicate the combined effect of the magnetic field, the collision of ions with neutral particles, and Coriolis force on the behavior of the ion-acoustic mode causes oscillating and radiating pulses behind the soliton propagation. This equation is converted into the quantum ion-acoustic equation by eliminating spatial changes of the magnetic field and Coriolis force as well as collision of ions with neutral particles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • quantum plasma
  • Coriolis force
  • soliton
  • electrostatic wave
[1]        M. Bonitz, N. Horing, P. Ludwig, Introduction to complex plasmas, Springer Science & Business Media, 59 (2010)
[2]        S. Ali, P.K. Shukla, Dust acoustic solitary waves in a quantum plasma, Physics of plasmas, 13 (2006) 022313. https://doi.org/10.1063/1.2173518
[3]        M. Bagheri, A. Abdikian, Space-charge waves in magnetized and collisional quantum plasma columns confined in carbon nanotubes. Physics of Plasmas, 21 (2014) 042506. https://doi.org/10.1063/1.4872334
[4]        F. Chen, Introduction to plasma physics and controlled fusion. Springer, 1 (1984).
[5]        H. Ren, Z. Wu, P.K. Chu, Dispersion of linear waves in quantum plasmas, Physics of Plasmas, 14 (2007) 062102. https://doi.org/10.1063/1.2738848
[6]        G. Manfredi, M. Feix, Theory and simulation of classical and quantum echoes, Physical Review E, 53 (1996) 6460. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.53.6460
[7]        P. Chatterjee, et al., Dressed soliton in quantum dusty pair-ion plasma. Physics of Plasmas, 16 (2009) 112106. https://doi.org/10.1063/1.3263695
[8]        M. Akbari-Moghanjoughi, Dressed electrostatic solitary waves in quantum dusty pair plasmas, Physics of Plasmas, 17 (2010) 052302. https://doi.org/10.1063/1.3392289
[9]        M. Opher, et al., Nuclear reaction rates and energy in stellar plasmas: The effect of highly damped modes. Physics of Plasmas, 8 (2001) 2454-2460. https://doi.org/10.1063/1.1362533
[10]      R. Debasish, B. Sahu, Influence of varying magnetic field on nonlinear wave excitations in collisional quantum plasmas, Zeitschrift für Naturforschung, 75 (2020) 913-919. https://doi.org/10.1515/zna-2020-0182
[11]      P. Shukla, S. Ali, Dust acoustic waves in quantum plasmas, Physics of plasmas, 21 (2005) 114502. https://doi.org/10.1063/1.2136376
[12]      M. Hossain, A. Mamun, K. Ashrafi, Cylindrical and spherical dust ion-acoustic Gardner solitons in a quantum plasma, Physics of Plasmas, 18 (2011) 103704. https://doi.org/10.1063/1.3646738
[13]      B. Sahu, et al., Quasi-periodic behavior of ion acoustic solitary waves in electron-ion quantum plasma. Physics of Plasmas, 19 (2012) 19052306. https://doi.org/10.1063/1.4714804
[14]      A. Saha, B. Pradhan, S. Banerjee, Multistability and dynamical properties of ion-acoustic wave for the nonlinear Schrödinger equation in an electron–ion quantum plasma. Physica Scripta, 95 (2020) 055602. https://doi.org/10.1088/1402-4896/ab7052
[15]      B. Hosen, et al., Compressive and rarefactive ion-acoustic solitons in a magnetized quantum plasma, The European Physical Journal Plus, 131 (2016) 81. https://doi.org/10.1140/epjp/i2016-16081-y
[16]      S. Sadiq, et al., Ion acoustic solitons in dense magnetized plasmas with nonrelativistic degenerate electrons and positrons. The astrophysical journal. Bristol. 27 (2014) 793. https://doi.org/10.1088/0004-637X/793/1/27
[17]      Z. Zhu, et al., Electron Acoustic Solitary Waves in Magnetized Quantum Plasma with Relativistic Degenerated Electrons. Plasma Science and Technology, 16 (2014) 995. https://doi.org/10.1088/1009-0630/16/11/01
[18]      W. Yun-Liang, et al., Relativistic magnetosonic solitary wave in magnetized multi-ion plasma. Communications in Theoretical Physics, 51 (2009) 1121. https://doi.org/10.1088/0253102/51/6/29
[19]      S. Hussain, A. Abdikian, H. Hasnain, Spin density polarization effects in the presence of Coriolis force on ion acoustic waves in quantum plasma. Contributions to Plasma Physics, 61 (2021) e202000189. https://doi.org/10.1002/ctpp.202000189
[20]      H. Pakzad, P. Eslami, K. Javidan, Shock wave generation in plasmas at varying magnetic field. Physics of Plasmas, 26 (2019) 112109.
[21]      D. Chatterjee, A.P. Misra, Effects of Coriolis force on the nonlinear interactions of acoustic-gravity waves in the atmosphere, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 222 (2021) 105722. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2021.105722
[22]      F. Haas, A. Bret, Nonlinear low-frequency collisional quantum Buneman instability. Europhysics Letters, 97 (2011) 26001. https://doi.org/10.1209/0295-5075/97/26001
[23]      S. Khan, W. Masood, Linear and nonlinear quantum ion-acoustic waves in dense magnetized electron-positron-ion plasmas, Physics of Plasmas, 15 (2008) 062301. https://doi.org/10.1063/1.2920273
[24]      G. Manfredi, F. Haas, Self-consistent fluid model for a quantum electron gas. Physical Review B, 64 (2001) 075316. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.075316
[25]      S. Ghosh, Weakly dissipative solitons in quantum plasma. Europhysics Letters, 99 3 (2012). 36002. https://doi.org/10.1209/0295-5075/99/36002
[26]      F. Haas, et al., Quantum ion-acoustic waves, Physics of Plasmas, 10 (2003) 3858-3866. https://doi.org/10.1063/1.1609446
[27]      H. Washimi, T. Taniuti, Propagation of ion-acoustic solitary waves of small amplitude, Physical Review Letters, 17 (1966) 996. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.17.996
[28]      P. G. Drazin, R.S. Johnson, Solitons: an introduction, Cambridge university press, 2 (1989).