等离子体中波和波相互作用

09/16/2022 0 Comments

[拼音]:dengliziti zhong bo he bo xianghu zuoyong

[英文]:interaction between waves in plasma

等离子体中除了波和粒子相互作用(见等离子体中波和粒子相互作用)之外,另一类集体相互作用就是波和波相互作用。根据相互作用的性质可以分成相干和湍流两种情形。如果波的相位作迅速无规改变,则认为是湍流的,否则便是相干的。最低一级的波和波相互作用是三波相互作用,当三个波的频率和波矢满足共振条件

时相互作用最强。如果这个条件不满足,则应考虑四波或更多波的共振相互作用(见等离子体中的波)。

在相干情形用波振幅来描述波随时间的发展。如果可以近似认为均匀体系中只有三个波,那么三波相互作用的动力学方程就有精确解。解有两种型别,一种型别是三个波的波能符号是一样的。如果初始高频振荡的振幅远大于两个低频振荡的振幅,那么高频振荡的振幅随时间变小,而低频振荡的振幅随时间增加,这个过程的开始阶段称为衰变不稳定性。入射电磁波引起的等离子体中各种模的参量激发,例如布里渊散射、喇曼散射、电磁波衰变成电子等离子体波和离子声波等等,都是衰变不稳定性的例子。由于它们在镭射聚变和等离子体加热等领域内有重要应用,因此无论在理论上还是实验上都进行了广泛的研究。另一种是三个波中有负能波,这时波的振幅会在有限时间内趋于无限,叫做爆炸不稳定性,当然实际上振幅会被某种饱和机制所限制。

如果体系处于弱湍流状态,由于波振幅相位迅速改变,描述波振幅的演化已没有多大意义,这时一般用波能的系综平均值来描写。相互作用与相干情形有一些不同,首先这里耦合时间尺度正比于波的能量,而在相干情形里正比于波的振幅,因此在弱湍流情形非线性发展要慢得多。另一个不同点是弱湍流情形三波相互作用过程是不可逆的,可以将波振幅的二次方与该波的准粒子数联络起来,并且由三波相互作用的动力学方程可以证明这个准粒子体系的熵是单调增加的。弱湍流中的波和波相互作用是一个很重要的非线性相互作用,能够引起能量在频谱中的再分布,对于不稳定波它可以是一个饱和机制。

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