Simulação Híbrida para choques em plasmas espaciais / Hybrid simulation applied to shock waves in space plasmas

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2003

RESUMO

dissertação de mestrado são estudados três problemas fundamentais da Física Espacial, a saber: a instabilidade eletromagnética íon-íon ressonante (IEIIR), uma onda de choque quase-perpendicular supercrítica e a interação entre um feixe de íons de extensão finita com um feixe de íons de fundo. Um código híbrido eletromagnético e unidimensional, que trata os íons como partículas e os elétrons como um fluido condutor, desprovido de massa e que garante a neutralidade das cargas elétricas dos íons, foi empregado para simular os três problemas. A simulação da IEIIR produziu diagnósticos que permitiram caracterizar os principais estágios de evolução temporal dessa instabilidade, isto é, a fase de crescimento exponencial e a fase de saturação. Alguns eventos tais como a transferência de energia cinética dos íons do feixe tênue para a componente By do campo magnético das ondas, a geração de pulsos magnéticos de grande amplitude durante o processo de ressonância entre os íons do feixe tênue e as ondas eletromagnéticas, o espalhamento dos íons do feixe tênue devido às ondas eletromagnéticas de grande amplitude polarizadas à direita que possuem helicidade positiva e que se propagam na mesma direção do feixe tênue, permitem caracterizar a fase de crescimento exponencial da instabilidade. Por outro lado, a transferência da energia do campo magnético das ondas para os íons do feixe tênue, aquecem-nos tanto nas direções paralela e perpendicular em relação ao campo magnético caracterizando a fase de saturação da instabilidade. A simulação da onda de choque quase-perpendicular supercrítica usou uma rotina para injetar partículas na região de simulação e, também, usou o método da parede rígida para a formação auto-consistente de uma onda de choque dessa classe. Os diagnósticos permitiram verificar a formação da referida onda de choque, bem como um de seus aspectos fundamentais: a reflexão de uma fração dos íons incidentes pela região de transição do choque de volta para a região à frente do choque. A simulação da interação do feixe de íons de comprimento finito com os íons de fundo gerou diagnósticos que permitiram verificar que dois modos eletromagnéticos ondulatórios, o ressonante e o não-ressonante ambos polarizados à direita e com helicidades positiva e negativa, respectivamente, são responsáveis pela interação e acoplamento dos dois feixes de íons.

ASSUNTO(S)

computer simulation ondas magneto-hidrodinâmicas magnetohydrodynamic waves simulação computacional interações onda-partícula key words: shock waves space plasmas injeção de íons4 wave-particle interaction rankine - hugoniot relation plasmas não-colisionais ion injection collisonless plasmas ondas de choque relação de rankine- hugoniot plasmas espaciais

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