Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 49038 10.12737/szf-82202214 Семнадцатая ежегодная конференция «Физика плазмы в солнечной системе», 7–11 февраля 2022 г., Институт космических исследований РАН, Москва, Россия 17th Annual Conference “Plasma Physics in the Solar System”. February 7–11, 2022, Space Research Institute RAS, Moscow, Russia Семнадцатая ежегодная конференция «Физика плазмы в солнечной системе», 7–11 февраля 2022 г., Институт космических исследований РАН, Москва, Россия Generation of Alfvén waves in magnetized plasma by laser plasma bunches at Mach numbers much less than unity Генерация альфвеновских волн в замагниченной плазме сгустками лазерной плазмы при числах Маха много меньше единицы Тищенко Владимир Николаевич Tishchenko Vladimir Nikolaevich tvn25@ngs.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Березуцкий Артем Григорьевич Berezutsky Artem Grigorievich a.berezuckiy@yandex.ru Дмитриева Лейла Рамизовна Dmitrieva Leila Ramizovna dmitrieva-leyla@mail.ru Miroshnichenko Ilya B. Miroshnichenko Ilya B. mib383@gmail.com

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Шайхисламов Ильдар Фаритович Shaikhislamov Ildar Faritovich ildars@ngs.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Институт лазерной физики СО РАН Новосибирск Россия Institute of Laser Physics SB RAS Novosibirsk Russian Federation Институт лазерной физики СО РАН Новосибирск Россия Institute of Laser Physics SB RAS Novosibirsk Russian Federation Институт лазерной физики СО РАН Новосибирск Россия Institute of Laser Physics SB RAS Novosibirsk Russian Federation Институт лазерной физики СО РАН Новосибирск Россия Institute of Laser Physics, SB RAS Novosibirsk Russian Federation Институт лазерной физики СО РАН Новосибирск Россия Institute of Laser Physics SB RAS Novosibirsk Russian Federation 30 06 2022 30 06 2022 8 2 101 107 28 02 2022 07 06 2022 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/49038/view

Исследуется крутильная альфвеновская волна, создаваемая периодическими сгустками плазмы в силовой трубке замагниченной плазмы. Выявлен новый эффект: волна генерируется не только во время действия сгустков, но и в течение длительного времени после прекращения, что позволяет в несколько раз увеличить длину волны. Определены условия, при выполнении которых волна содержит η~40 % суммарной энергии сгустков. Радиус волны зависит от энергии одного сгустка, а длина — от их количества. Оптимальное количество сгустков равно ~15. Одновременно с альфвеновской волной в силовой трубке распространяется струя плазмы сгустков η~35 % и медленная магнитозвуковая волна η~10 %. Параметры подобия масштабируют результаты на лабораторную и околоземную замагниченую плазму.

In this paper, we examine a torsional Alfvén wave produced by periodic plasma bunches in a magnetized plasma flux tube. A new effect has been revealed: the wave is generated not only during the action of bunches, but also for a long time after the termination, which makes it possible to increase the wavelength by several times. We have determined the conditions under which the wave contains η~40 % of the total bunch energy. The wave radius depends on the energy of one bunch; and the length, on their number. The optimum number of bunches is 15. Simultaneously with the Alfvén wave, a bunch plasma jet (η~35 %) and a slow magnetosonic wave (η~10 %) propagate in the force tube. Similarity parameters scale the results to laboratory and near-Earth magnetized plasma.

 плазменный сгусток магнитное поле альфвеновская волна численное моделирование plasma bunches magnetic field Alfvén wave numerical simulation Работа выполнена в рамках государственного задания, проект № 0243-2021-0003 The work was carried out under Government Assignment, project No. 0243-2021-0003

Адушкин В.В., Зецер Ю. И., Киселев Ю.Н. и др. Активные геофизические ракетные эксперименты с инжекцией высокоскоростной плазменной струи в ионосфере. Доклады академии наук. 1993. Т. 331, № 4. C. 486-489. Adushkin V.V., Zetser Yu.I., Kiselev Yu.N., Nemchinov I.V., Khristoforov B.D. Active geophysical rocket experiments with the injection of a high-speed plasma jet in the ionosphere. Doklady Akademii nauk [Proc. of the Academy of Sciences]. 1993, vol. 331, no. 4, pp. 486-489. (In Russian). Айдакина Н.А., Гущин М.Е., Зудин И.Ю. и др. Кроссмодуляция волн свистового диапазона частот в магнитоактивной плазме. Письма в ЖЭТФ. 2015. Т. 101, № 4. С. 254-257. DOI: 10.7868/S0370274X15040050. Aidakina N.Y., Gushchin M.E., Zudin I.Y., Korobkov S.V., Kostrov A.V., Strikovskii A.V. Cross-modulation of whistler waves in a magnetized plasma. JETP Lett. 2015, vol. 101, no. 4, pp. 236-239. DOI: 10.1134/S0021364015040025. Березуцкий А.Г., Тищенко В.Н., Захаров Ю.П. и др. Генерация крутильных альфвеновских и медленных магнитозвуковых волн периодическими сгустками лазерной плазмы в замагниченном фоне. Квантовая электроника. 2019. Т. 49, №. 2. С. 178-180. DOI: 10.1070/QEL16873. Berezutsky A.G., Tishchenko V.N., Zakharov Y.P., Miroshnichenko I.Y.B., Shaikhislamov I.D.F. Generation of torsional Alfvén and slow magnetosonic waves by periodic bunches of laser plasma in a magnetised background. Quantum Electronics. 2019, vol. 49, no. 2, p. 178. DOI: 10.1070/QEL16873. Вшивков В.А., Дудникова Г.И., Захаров Ю.П. Особенности структуры плазменных возмущений, генерируемых при бесстолкновительном взаимодействии потоков с умеренными числами MA=1÷1.25. Физика космической и лабораторной плазмы. 1989. С. 135-145. Gigliotti A., Gekelman W., Pribyl P., Vincena S., Karavaev A., Shao X., Sharma A., Papadopoulos D. Generation of polarized shear Alfvén waves by a rotating magnetic field source. Physics of Plasmas. 2009, vol. 16, no. 9, pp. 092106. DOI: 10.1063/1.3224030. Горбачев Л.П. Магнитозвуковые и альфвеновские волны, возбуждаемые разлетом плазменного облака в холодной замагниченной плазме. Известия высших учебных заведений, Сер. Радиофизика. 1993. Т. 36, № 9. P. 882891. Gorbachev L.P. Magnetoacoustic and Alfvén waves excited by plasma cloud expansion in cold magnetized plasma. Radiophysics and Quantum Electronics. 1993, vol. 36, iss. 9, pp. 606-612. DOI: 10.1007/BF01038204. Марков Г.А., Чугунов Ю.В. Резонансный плазменно-волновой разряд в ионосфере Земли. Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2001. Т. 9. № 2. С. 60-75. Hull A.J., Muschietti L., Oka M., Larson D.E., Mozer F.S., Chaston C.C., Bonnell J.W., Hospodarsky G.B. Multiscale whistler waves within Earth’s perpendicular bow shock. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2012, vol. 117, no. A12. DOI: 10.1029/2012JA017870. Тищенко В.Н., Шайхисламов И.Ф. Механизм объединения волн: формирование низкочастотных альфвеновских и магнитозвуковых волн в космической плазме. Квантовая электроника. 2014. Т. 44, № 2. С. 98-101. DOI: 10.1070/QE 2014v044n02ABEH015326. Markov G.A., Chugunov Yu.V. Resonant plasma-wave discharge in the Earth’s ionosphere. Izvestiya vuzov. Priladnaya nelineinaya dinamika [Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics]. 2001, vol. 9, no. 2, pp. 60-75. (In Russian). Тищенко В.Н., Аполлонов В.В., Грачев Г.Н. и др. Взаимодействие оптического пульсирующего разряда с газом: условия стабильной генерации и объединения ударных волн. Квантовая электроника. 2004. Т. 34, № 10. C. 941947. DOI: 10.1070/QE2004v034n10ABEH002736. Niemann C., Gekelman W., Constantin C.G., Gekelman W., Constantin C.G., Everson E.T., Schaeffer D.B., Clark S.E., Winske D., Zylstra A.B., Pribyl P., Tripathi S.K.P., Larson D., Glenzer S.H., Bondarenko A.S. Dynamics of exploding plasmas in a large magnetized plasma. Physics of Plasmas. 2013, vol. 20, no. 1, p. 012108. DOI: 10.1063/1.4773911. Тищенко В.Н., Захаров Ю.П., Шайхисламов И.Ф. и др. Торсионная альфвеновская и медленная магнитозвуковая волны, создаваемые плазмой в магнитном поле. Письма в ЖЭТФ. 2016. Т. 104, № 5-6. С, 303-305. DOI: 10.7868/S03 70274X16170021. Tishchenko V.N., Shaikhislamov I.F. Wave merging mechanism: formation of low-frequency Alfven and magnetosonic waves in cosmic plasmas. Quantum Electronics. 2014, vol. 44, no. 2, p. 98. DOI: 10.1070/QE2014v044n02ABEH015326. Gigliotti А., Gekelman W., Pribyl P., et al. Generationofpolarizedshear Alfvén waves by a rotating magnetic field source. Physics of Plasmas. 2009. Vol. 16, no. 9. P. 092106. DOI: 10.1063/1.3224030. Tishchenko V.N., Apollonov V.V., Grachev G.N., Gulidov A.I., Zapryagaev V.I., Men’shikov Ya.G., Smirnov A.L., Sobolev A.V. Interaction of an optical pulsed discharge with a gas: conditions for stable generation and merging of shock waves. Quantum Electronics. 2004, vol. 34, no. 10, p. 941. DOI: 10.1070/QE2004v034n10ABEH002736. Niemann C. Gekelman W., Constantin C. G., et al. Dynamics of exploding plasmas in a large magnetized plasma. Physics of Plasmas. 2013. Vol. 20, no. 1. P. 012108. DOI: 10.1063/1.4773911. Tishchenko V.N., Zakharov Yu.P., Shaikhislamov I.F., Berezutsky A.G., Boyarintsev E.L., Melekhov A.V., Ponomarenko A.G., Prokopov P.A. Torsional Alfvén and slow magnetoacoustic waves generated by a plasma in a magnetic field. JETP Lett. 2016, vol. 104, no. 5, pp. 293-296. DOI: 10.1134/S0021364016170136. Hull A.J., Muschietti L., Oka M., et al. Multiscale whistler waves within Earth’s perpendicular bow shock. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2012. Vol. 117, no. A12. DOI: 10.1029/2012JA017870. Vshivkov V.A., Dudnikova G.I., Zakharov Yu.P. Features of the structure of plasma perturbations generated by collisionless interaction of flows with moderate numbers MA=1÷1.25. Fizika kosmicheskoi i laboratornoi plazmy [Physics of Space and Laboratory Plasma]. 1989, pp. 135-145. (In Russian).