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Excitation of lower hybrid and magneto-sonic perturbations in laser plasma interaction

Ayushi Vashistha, Devshree Mandal, Amita Das2021年被引用 5Nuclear FusionIF 3出版社

Lower hybrid (LH) and magneto-sonic (MS) waves are well known modes of magnetized plasma. These modes play important roles in many phenomena. The LH wave is often employed in magnetic confinement fusion experiments for current drive and heating purposes. Both LH and MS waves are observed in various astrophysical and space plasma observations. These waves involve ion motion and have not therefore been considered in high power pulsed laser experiments. This paper shows, with the help of particle-in-cell simulations, a simple mechanism for excitation of LH and magnetosonic excitations in the context of laser plasma interaction. A detailed study characterising the formation and propagation of these modes have been provided. The scheme for generating these perturbations relies on the application of a strong magnetic field in the plasma to constrain the motion of lighter electron species in the laser electric field. The magnetic field strength is chosen so as to leave the heavier ions un-magnetized at the laser frequency. This helps in the excitation of the LH waves. At the slower time scale associated with the laser pulse duration, even the ions show a magnetized response and magnetosonic excitations are observed to get excited.

日本語訳

低混成(LH)波と磁気音波(MS)は、磁化プラズマのよく知られたモードである。これらのモードは、多くの現象において重要な役割を果たす。LH波は、磁気閉じ込め核融合実験において、電流駆動および加熱の目的でしばしば用いられる。LH波とMS波の両方は、さまざまな天体物理学的および宇宙プラズマ観測において観測される。これらの波はイオンの運動を伴うため、これまで高強度パルスレーザー実験では考慮されていなかった。本論文では、粒子シミュレーションを用いて、レーザープラズマ相互作用の文脈におけるLH波および磁気音波励起の簡潔なメカニズムを示す。これらのモードの形成と伝播を特徴づける詳細な研究が提供される。これらの摂動を生成するスキームは、レーザー電場内でのより軽い電子種の運動を拘束するために、プラズマ中に強磁場を印加することに依存する。磁場強度は、レーザー周波数においてより重いイオンが非磁化のままとなるように選択される。これにより、LH波の励起が促進される。レーザーパルス持続時間に関連するより遅い時間スケールでは、イオンも磁化応答を示し、磁気音波が励起されることが観測される。

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Lower hybridLaser plasmaLaser-plasma interaction
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