Turbulência de Langmuir gerada por feixes de elétrons de intensidade arbitrária

Abstract

Este trabalho inicia por revisar os conceitos básicos da Teoria Cinética de Plasmas e da Teoria de Turbulência Fraca. A formulação de Klimontovich da Teoria de Turbulência Fraca é aplicada ao sistema plasma-feixe segundo o modelo de modo único tendo a emissão quase térmica como condição inicial da dinâmica das ondas do modo feixe. A utilização da emissão quase térmica como condição inicial se justifica porque sistemas cinéticos possuem espectros característicos de emissão térmica, os quais podem servir como sementes para a excitação de novos modos normais de oscilação. Soluções numéricas das equações cinéticas são apresentadas para diferentes valores dos parâmetros do feixe (velocidade e densidade). Observamos que o comportamento do sistema plasmafeixe com feixe de alta intensidade se aproxima do comportamento do sistema com feixes de baixa intensidade. Os resultados encontrados para o sistema plasma-feixe segundo o modelo do modo único corroboram a consistência da Teoria de Turbulência Fraca, no sentido de que, em ambos os casos, envolvendo feixes de baixa ou alta intensidade, a dinâmica do sistema não se altera expressivamente. Por fim, são consideradas possibilidades de pesquisas futuras a partir de aperfeiçoamentos ao modelo do modo único, da inclusão dos demais modos normais à dinâmica do sistema plasmafeixe e da implementação de um código numérico bidimensional.

This dissertation begins by reviewing the basic concepts of the Kinetic Theory of Plasmas and the Weak Turbulence Theory. The Klimontovich formulation of the Weak Turbulence Theory is applied to the beam-plasma system according to the single-mode model with the quasi-thermal emission as the initial condition of the beam-mode wave dynamics. The use of quasi-thermal emission as an initial condition is justified because kinetic systems have characteristic spectra of thermal emission, which can serve as seeds for the excitation of new normal oscillating modes. Numerical solutions of the kinetic equations are presented for different values of beam parameters (velocity and density). We observed that the behavior of the beam-plasma system with a high-intensity beam resembles the behavior of the system with low-intensity beams. The results found for the beam-plasma system according to the single-mode model corroborate the consistency of the Weak Turbulence Theory, in the sense that, in both cases, involving beams of low or high intensity, the dynamics of the system do not change significantly. Finally, future research possibilities are considered based on improvements to the singlemode model, the inclusion of more normal modes to the dynamics of the beam-plasma system, and the implementation of a two-dimensional numerical code.