In this paper, spectra in the nonlinear phases of the Buneman instability are described by instantaneous linear dispersion theory. One-dimensional Vlasov simulation of the Buneman instability shows that nonlinear development is characterized by particle trapping in large-amplitude waves. Trapped particles form counter-streaming beam distribution function in velocity space. In addition to the low-frequency Buneman mode, the simulation also shows excitations of high-frequency electron plasma waves as well as wave modes propagating in the direction opposite to the original electron beam. The actual physics of the wave dynamics is very complicated to analyze. However, by employing linear dispersion theory on the basis of instantaneous electron distributions it is possible to relate the generation of waves to the particle distribution. Specifically, it is shown that excitations of various waves are intimately related to the counter-streaming electron beam distribution. The present approach can be a useful diagnostic tool based upon which an intuitive understanding of the complicated nonlinear physics can be attained.
本論文では、Buneman不安定性の非線形段階におけるスペクトルを、瞬時線形分散理論によって記述する。Buneman不安定性の一次元Vlasovシミュレーションは、非線形発展が大振幅波における粒子捕捉によって特徴づけられることを示す。捕捉された粒子は、速度空間において対向するビーム分布を形成する。低周波のBunemanモードに加えて、シミュレーションは高周波の電子プラズマ波や、元の電子ビームと逆方向に伝播する波動モードの励起も示す。波動ダイナミクスの実際の物理は解析が非常に複雑である。しかしながら、瞬時の電子分布に基づいて線形分散理論を適用することにより、波動の生成を粒子分布と関連づけることが可能となる。具体的には、様々な波動の励起が、対向する電子ビーム分布と密接に関連していることが示される。本手法は、複雑な非線形物理の直感的理解を得るための有用な診断ツールとなり得る。