Abordagens hamiltoniana e vlasoviana dos efeitos da interação onda-partícula em plasmas não colisionais

Abstract

Nesse trabalho investigamos os efeitos da interação feixe-plasma por meio de um modelo hamiltoniano para um sistema composto de N partículas eletrostaticamente acopladas a uma onda. A discretização do sistema em feixes monocinéticos permite fazer uma abordagem perturbativa do problema e destacar importantes conexões entre as formulações hamiltoniana e vlasoviana. Por meio de resultados numéricos, mostramos que tanto o amortecimento como a amplificação de Landau surgem como consequência de um processo de phasemixing dos vários modos normais do sistema linearizado. Observamos que esse mecanismo possui características distintas dependendo se o sistema é estável ou instável. Os resultados obtidos para sistemas de muitos graus de liberdade foram possíveis graças ao desenvolvimento de uma nova técnica para obtenção de raízes complexas. Implementamos simulações de Vlasov via método semi-lagrangiano e descrevemos o processo de relaxação não colisional da distribuição de velocidades das partículas ressonantes e a evolução da intensidade da onda. Analisamos o espectro dos modos não amortecidos em plasmas livres quando se assume uma distribuição de velocidades estacionária com um pequeno (e suave) plateau nas vizinhanças da velocidade de fase da onda. Verificamos que essas oscilações são bastante sensíveis à forma do plateau principalmente quando possuem velocidades de fase próximas à velocidade térmica das partículas. Investigamos também, por meio do cálculo da função dielétrica, as modificações na relação de dispersão dos modos eletrostáticos em plasmas livres e plasmas magnetizados sujeitos a campo externo de radiação. Os cálculos são feitos com base em um modelo semiclássico, em que elétrons são descritos quanticamente e os campos classicamente.