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Collisional damping of electrostatic ion waves

K.D. Harms1976年被引用 4Nuclear FusionIF 3出版社

Starting from the linearized Fokker-Planck-Poisson system for an unbounded plasma in a homogeneous magnetic field, the general electrostatic dispersion relation is derived taking collisions into account as a perturbation. The velocity integrations in the collisional term of the dispersion relation are performed exactly for any kind of electrostatic wave in a Maxwellian background plasma. A simple asymptotic method is developed to approximate the resultant expressions n i the hot-ion limit (ion Larmor radius much larger than wave-length). As an application, collisional damping rates γc are calculated for ion Bernstein waves and lower-hybrid waves. The resulting formulas are discussed, especially with regard to the possibility of heating thermonuclear plasmas by parametric excitation of ion Bernstein or lower-hybrid wave turbulence. It is shown, in particular, that ion Bernstein waves are extremely sensitive to ion-ion collisions: γc ≫ νii;, where νii is the ion-ion collision frequency. As a consequence, collisional damping rates are comparable, in this case, to parametric growth rates calculated from Vlasov's equation.

日本語訳

一様磁場中の非有界プラズマに対する線形化フォッカー–プランク–ポアソン系から出発して、衝突を摂動として考慮した一般的な静電分散関係を導出する。分散関係の衝突項における速度積分は、マクスウェル背景プラズマ中の任意の種類の静電波に対して厳密に実行される。得られた式を高温イオン極限(イオン・ラーマー半径が波長よりはるかに大きい)において近似するための簡単な漸近法を開発する。応用として、イオン・バーンスタイン波および低混成波に対する衝突減衰率γcを計算する。得られた式について、特にイオン・バーンスタイン波または低混成波乱流のパラメトリック励起による熱核プラズマ加熱の可能性に関して議論する。特に、イオン・バーンスタイン波はイオン–イオン衝突に対して極めて敏感であることが示される:γc ≫ νii、ここでνiiはイオン–イオン衝突周波数である。その結果、この場合の衝突減衰率は、ブラソフ方程式から計算されるパラメトリック成長率に匹敵する。

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