شبیه سازی ذره ای ناپایداری رامان پیش رو در پلاسمای کم چگال

انتشار امواج الکترومغناطیسی در پلاسمای در حال تعادل، می تواند باعث به وجود آمدن ناپایداری ها در محیط شود. بررسی شرایط وجود و رشد این ناپایداری ها از اهمیت ویژه ایی برخوردار است. در این مقاله ناپایداری رامان پیش رو در پلاسما به روش شبیه سازی ذره ای بررسی می شود. چون محیط های پلاسمایی از نظر فیزیکی بسیار پیچیده هستند و بررسی آنها به روش تجربی پر هزینه است و از طرف دیگر هنگامی که پلاسما با آزمایش روبه رو می شود، رفتار غیر خطی از خود نشان می دهد، برای بررسی این نوع ناپایداری از روش شبیه سازی ذره ای استفاده شده است. در مدلسازی ناپایداری مذکور از کد دو بعدی الکترومغناطیسی غیر نسبیتی به روش شبیه سازی ذره در جعبه استفاده شده است. بدین منظور محیط پلاسما که شامل الکترون ها و یون هاست به صورت ذره ای شبیه سازی شده و فرض می شود که یون ها به دلیل اینرسی زیاد زمینه ثابتی را تشکیل می دهند، در حالی که دینامیک الکترون ها از طریق حل معادلات نیوتن-لورنتس به دست می آید. در این مقاله مشاهده می شود که با ورود یک موج تخت الکترومغناطیسی به پلاسما امواج طولی با دامنه قابل ملاحظه ای در پلاسما شروع به رشد می کنند، یعنی پدیده ناپایداری رامان پیش رو مشاهده شده است. نرخ رشد این امواج طولی با نتایج تئوری تطابق خوبی دارد. با بررسی فضای موقعیت ذرات، پدیده خوشه شدن ( bunching ) مشاهده شد که خود دلیلی بر صحت ایجاد امواج طولی در پلاسما است.