Alfvén wave filamentation and dispersive phase mixing in a high-density channel: Landau fluid and hybrid simulations

0327359 - ÚFA 2010 RIV DE eng J - Journal Article
Borgogno, D. - Hellinger, Petr - Passot, T. - Sulem, P. L. - Trávníček, Pavel M.
Alfvén wave filamentation and dispersive phase mixing in a high-density channel: Landau fluid and hybrid simulations.
[Filamentace a dispersivní fázové mixování Alfvénových vln kanálu zvýšené hustoty.]
Nonlinear Processes in Geophysics. Roč. 16, č. 2 (2009), s. 275-285. ISSN 1023-5809. E-ISSN 1607-7946
R&D Projects: GA AV ČR IAA300420702
Institutional research plan: CEZ:AV0Z30420517; CEZ:AV0Z10030501
Keywords : Alfven wave * phase mixing * filamentation
Subject RIV: BL - Plasma and Gas Discharge Physics
Impact factor: 1.152, year: 2009
http://www.nonlin-processes-geophys.net/16/275/2009/npg-16-275-2009.pdf

The propagation of dispersive Alfven waves in a low-beta collisionless plasma with a high-density channel aligned with the ambient magnetic field, is studied in three space dimensions. A fluid model retaining linear Landau damping and finite Larmor radius corrections is used, together with a hybrid particle-in-cell simulation aimed to validate the predictions of this Landau-fluid model. It is shown that when the density enhancement is moderate (depending on the pump wavelength and the plasma parameters), the wave energy concentrates into a filament whose transverse size is prescribed by the dimension of the channel. In contrast, in the case of a stronger density perturbation, the early formation of a magnetic filament is followed by the onset of thin helical ribbons and the development of strong gradients. This "dispersive phase mixing" provides a mechanism permitting dissipation processes (not included in the present model) to act and heat the plasma.

Šíření Alfvénovských vln v nízkobetovém plazmatu s kanálem zvýšené hustoty podél okolního pozaďového magnetického pole je studováno ve třech dimenzích. Používáme fluidní model zahrnující lineární Landauovský útlum a korekce konečného Larmorovského poloměru spolu s hybridní částicovou simulací na ověření předpovědí tohoto Landauovsko-fluidního modelu. Pro mírná hustotní zvýšení (v závislosti na vlnové délce Alfvénovy vlny a parametrech plazmatu) se vlnová energie koncentruje ve filamentu, jehož příčné rozměry jsou dány šířkou hustotního kanálu. V připadě silnějších hustotních perturbací po počátečním utvoření magnetického filamentu vznikají tenké šroubovicové pásky a silné gradienty. Toto "disperzivní fázové mixování" poskytuje mechanismus umožňující disipaci (která ale není v současném modelu zahrnuta) a ohřev plazmatu.
Permanent Link: http://hdl.handle.net/11104/0174193