Низкочастотные ионные колебания при разлете ультрахолодной плазмы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты расчетов методом молекулярной динамики низкочастотных ионных колебаний в ультрахолодной плазме, наблюдавшихся ранее в эксперименте. Обнаружены осцилляции радиальной скорости ионов и изменение направления их потоков при разлете ультрахолодной плазмы в квадрупольном магнитном поле. Это связано с влиянием магнитного поля на дисбаланс зарядов, которое приводит к одновременному существованию потенциальных ям как для электронов, так и для ионов. Также обнаружены колебания ионной температуры с частотой, близкой к ионной плазменной частоте. Получено удовлетворительное согласие с экспериментом.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Я. Бронин

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: bzelener@mail.ru
Россия, г. Москва

Е. В. Вихров

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: bzelener@mail.ru
Россия, г. Москва

Б. Б. Зеленер

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: bzelener@mail.ru
Россия, г. Москва

Б. В. Зеленер

Объединенный институт высоких температур РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: bzelener@mail.ru
Россия, г. Москва

Список литературы

  1. Bergeson S.D., Baalrud S.D., Ellison C.L. et al. Exploring the Crossover between High-energy-density Plasma and Ultracold Neutral Plasma Physics // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. P. 10.
  2. Killian T.C., Pattard T., Pohl T., Rost J.M. Ultracold Neutral Plasmas // Phys. Rep. 2007. V. 449. P. 77.
  3. Lyon M., Rolston S. Ultracold Neutral Plasmas // Rep. Prog. Phys. 2016. V. 80. P. 017001.
  4. Zelener B.B., Vilshanskaya E.V., Morozov N.V. et al. Steady-state Ultracold Plasma Created by Continuous Photoionization of Laser Cooled Atoms // Phys. Rev. Lett. 2024. V. 132. P. 115301.
  5. McQuillen P., Strickler T., Langin T. Ion Temperature Evolution in an Ultracold Neutral Plasma // Phys. Plasmas. 2015. V. 22. № 3. P. 033513.
  6. Kulin S., Killian T.C., Bergeson S.D., Rolston S.L. Plasma Oscillations and Expansion of an Ultracold Neutral Plasma // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 85. № 2. P. 318.
  7. Fletcher R.S., Zhang X.L., Rolston S.L. Observation of Collective Modes of Ultracold Plasmas // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 96. № 10. P. 105003.
  8. Twedt K.A., Rolston S.L. Electronic Detection of Collective Modes of an Ultracold Plasma // Phys. Rev. Lett. 2012. V. 108. № 6. P. 065003.
  9. Bronin S.Y., Vikhrov E.V., Saakyan S.A. et al. Electronic Resonances in Expanding Non-neutral Ultracold Plasma // Phys. Plasmas. 2024. V. 31. P. 033507.
  10. Zhang X.L., Fletcher R.S., Rolston S.L. et al. Ultracold Plasma Expansion in a Magnetic Field // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. № 23. P. 235002.
  11. Pak C., Billings V., Schlitters M. et al. Preliminary Study of Plasma Modes and Electron-ion Collisions in Partially Magnetized Strongly Coupled Plasmas // Phys. Rev. E. 2024. V. 109. P. 015201.
  12. Gorman G.M., Warrens M.K., Bradshaw S.J., Killian T.C. Magnetic Confinement of an Ultracold Neutral Plasma // Phys. Rev. Lett. 2021. V. 126. № 8. P. 085002.
  13. Bronin S.Y., Vikhrov E.V., Zelener B.B., Zelener B.V. Ultracold Plasma Expansion in Quadrupole Magnetic Field // Phys. Rev. E. 2023. V. 108. № 4. P. 045209.
  14. Schlitters M., Miller M., Farley B. Bergeson S.D. Comment on “Ultracold Plasma Expansion in Quadrupole Magnetic Field” // Phys. Rev. E. 2024. V. 110. P. 027201.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость ∆N / N0 от r / σ0 при различных значениях β и t /τexp: 1 – t /τexp = 2.5, 2 – 5.0, 3 – 7.5: сплошные линии – β = 6.7 (а) и 38 (б); штриховые – β = 0, σ0 = 0.015 (а) и 0.087 см (б).

Скачать (28KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость ионной потенциальной энергии U / Te0 от r / σ0 для различных значений β и t /τexp: (а) – β = 6.7, 1 – t /τexp = 0.10, 2 – 0.25, 3 – 0.50, 4 – 1.50; (б) – β = 38, 1 – t /τexp= 0.5, 2 – 1.5, 3 – 2.5, 4 – 5.0.

Скачать (22KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость нормированной радиальной скорости ионов, усредненной по угловым координатам = τexp /r от времени при r / σ0 = 1.25 и различных значений β: 1 – β = 0, 2 – 6.7, 3 – 38.0, 4 – эксперимент [14].

Скачать (13KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость радиальной vir = τexpvir / r (сплошная линия) и поперечной vi θ = τexpvi θ / r (штриховая) ионных скоростей от cosθ при β = 38 и r / σ0 = 1.25: (a) – t /τexp = 1, (б) – 5, (в) – 8.

Скачать (21KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость средней по объему Ti от времени: 1 – Te0 = 400 К, 2 – 200, 3 – 100, 4 – 50.

Скачать (15KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024