On One Widely-Spread Inaccuracy and Its Elimination in the Theories of Nonlinear Electrostatic Waves in Plasma Based on the Sagdeev’s Pseudopotential Approach

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

We report on the discovery of a contradiction appearing in the solutions to the problems of profiles of the nonlinear longitudinal electrostatic waves in plasma obtained using the Sagdeev’s pseudopotential approach. The contradiction reveals itself in the average over period particle concentration and given concentration of the unperturbed plasma being unequal to each other. It is demonstrated that the reason for the appearance of this contradiction is related to the relatively widely spread inaccuracy in the formulation of such problems. It is suggested correcting the formulation of such problems and changing interpretation of solutions obtained using the approach under consideration by imposing different initial conditions: it is necessary specifying particle concentration at the points where potential φ is set equal to zero instead of concentration of the unperturbed plasma. The contradiction is resolved completely when using such initial conditions.

About the authors

A. E. Dubinov

Russian Federal Nuclear Center—All-Russia Research Institute of Experimental Physics (RFNC-VNIIEF); Sarov Institute of Physics and Technology, Branch of the National Research Nuclear University “Moscow Engineering Physics Institute” (SarFTI-NRNU MEPhI)

Author for correspondence.
Email: dubinov-ae@yandex.ru
Sarov, Nizhny Novgorod oblast, 607188 Russia; Sarov, Nizhny Novgorod oblast, 607186 Russia

References

  1. Веденов А.А., Велихов Е.П., Сагдеев Р.З. // Ядерн. cинтез. 1961. Т. 1. № 2. С. 82.
  2. Сагдеев Р.З. // Вопросы теории плазмы. Т. 4. М.: Атомиздат, 1979.
  3. Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. М.: Атомиздат, 1979.
  4. Ахиезер А.И., Половин Р.В. // Докл. АН СССР. 1955. Т. 102. № 5. С. 919.
  5. Ахиезер А.И., Половин Р.В. // ЖЭТФ. 1956. Т. 30. № 5. С. 915.
  6. Davidson R.C. Methods in nonlinear plasma theory. NY & Lond.: Academic Press, 1972.
  7. Shukla P.K., Mamun A.A. Introduction to dusty plasma physics. Lond.: IoP, 2002.
  8. Чен Ф. Введение в физику плазмы. М.: Мир, 1987.
  9. Рыскин Н.М., Трубецков Д.И. Нелинейные волны. М.: Наука, 2000.
  10. Kono M., Škorić M.M. Nonlinear physics of plasmas. Heidelberg, Dirdrecht, Lond. & NY: Springer, 2010.
  11. Livadiotis G. Kappa distributions. Theory and applications in plasmas. Amsterdam, Oxford & Cambridge: Elsevier, 2017.
  12. Dubinov A.E., Sazonkin M.A. // Handbook of solitons: research, technology, and applications. NY: Nova Science, 2009.
  13. Dubinov A.E. // Phys. Plasmas. 2022. V. 29. № 2. P. 020901.
  14. Ахиезер А.И., Ахиезер И.А., Половин Р.В., Ситен-ко А.Г., Степанов К.Н. Электродинамика плазмы. М.: Наука, 1974.
  15. Dubinov A.E., Kitayev I.N., Kolotkov D.Y. // Phys. Plasmas. 2021. V. 28. № 8. P. 083702.
  16. Dubinov A.E., Dubinova I.D. // J. Plasma Phys. 2005. V. 71. № 5. P. 715.
  17. Дубинов А.Е., Суслова О.А. // ЖЭТФ. 2020. Т. 158. С. 968.
  18. Dubinov A.E., Lebedeva X.I. // Chaos, Solitons & Fractals. 2021. V. 152. № 1. P. 111391.
  19. Дубинов А.Е., Сазонкин М.А. // Физика плазмы. 2009. Т. 35. № 1. С. 18.
  20. Дубинов А.Е., Колотков Д.Ю., Сазонкин М.А. // ЖТФ. 2012. Т. 82. № 5. С. 7.
  21. Dubinov A.E., Sazonkin M.A. // Phys. Wave Phenom. 2013. V. 21. № 2. P. 118.
  22. Дубинов А.Е. // Физика плазмы. 2007. Т. 33. № 3. С. 239.
  23. Дубинов А.Е. // ПМТФ. 2007. Т. 48. № 5. С. 3.
  24. Дубинов А.Е., Дубинова А.А. // Физика плазмы. 2007. Т. 33. № 10. С. 935.
  25. Дубинов А.Е., Дубинова А.А., Сазонкин М.А. // Радиотехника и электроника. 2010. Т. 55. № 8. С. 968.
  26. Дубинов А.Е., Сазонкин М.А. // ЖЭТФ. 2010. Т. 138. № 5(11). С. 979.
  27. Дубинов А.Е., Сазонкин М.А. // ЖТФ. 2008. Т. 78. № 9. С. 29.
  28. Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. М.: Наука, 1979.
  29. Кингсеп А.С. Введение в нелинейную физику плазмы. М.: МФТИ, 1996.
  30. Swanson D.G. Plasma waves. Lond.: IoP, 2003.
  31. Pécseli H.L. Waves and oscillations in plasmas. Boca Raton: Taylor & Francis Group, 2013.
  32. Shivamoggi B.K. Introduction to nonlinear fluid-plasma waves. Dordrecht, Boston & Lond.: Kluwer, 1988.
  33. Saha A., Banerjee S. Dynamical systems and nonlinear waves in plasmas. Boca Raton: Taylor & Francis Group, 2021.
  34. Srinivas J., Popel S.I., Shukla P.K. // J. Plasma Phys. 1996. V. 55. № 2. P. 209.
  35. Mamun A.A. // Astrophys. Space Sci. 1999. V. 268. № 4. P. 443.
  36. Abdelsalam U.M., Moslem W.M., Shukla P.K. // Phys. Lett. A. 2008. V. 372. № 22. P. 4057.
  37. Pakzad H.R. // Phys. Lett. A. 2009. V. 373. № 8‒9. P. 847.
  38. Saha A., Chatterjee P. // Phys. Plasmas. 2014. V. 21. № 2. P. 022111.
  39. Sayed F.S.H., Turky A.A., Koramy R.A., Moslem W.M. // Adv. Space Res. 2020. V. 66. № 6. P. 1276.
  40. Kumar K., Mishra M.K. // Plasma Res. Express. 2021. V. 3. № 1. P. 015001.
  41. Al-Yousef H.A., Alotaibi B.M., Tolba R.E., Moslem W.M. // Results in Phys. 2021. V. 21. № 1. P. 103792.
  42. Копнин С.И., Шохрин Д.В., Попель С.И. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. № 2. С. 163.
  43. Трухачев Ф.М., Васильев М.М., Петров О.Ф. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. № 10. С. 967.
  44. Alinejad H. // Contrib. Plasma Phys. 2022. V. 62. № 9. C. 202200082.
  45. Kumar K., Mishra M.K. // Phys. Plasmas. 2022. V. 29. № 9. P. 092101.
  46. Saini N.S., Kourakis I., Hellberg M.A. // Phys. Plasmas. 2009. V. 16. № 6. P. 062903.
  47. Tribeche M., Djebarni L., Amour R. // Phys. Plasmas. 2010. V. 17. № 4. P. 042114.
  48. Baluku T.K., Hellberg M.A., Kourakis I., Saini N.S. // Phys. Plasmas. 2010. V. 17. № 5. P. 053702.
  49. Bora M.P., Choudhury B., Das G.C. // Astrophys. Space Sci. 2012. V. 341. № 2. P. 515.
  50. Shahmansouri M. // Pramana – J. Phys. 2013. V. 80. № 2. P. 295.
  51. Ghosh B., Banerjee S. // Indian J. Phys. 2015. V. 89. № 12. P. 1307.
  52. Rubia R., Singh S.V., Lakhina G.S. // J. Geophys. Res. 2017. V. 122. № 9. P. 9134.
  53. Alyousef H.A., Khalid M., Ata‑ur‑Rahman, El‑Tanta-wy S.A. // Brazil. J. Phys. 2022. V. 52. № 6. P. 202.
  54. Lu G., Liu Y., Wang Y., Stenflo L., Popel S.I., Yu M.Y. // J. Plasma Phys. 2010. V. 76. № 3&4. P. 267.
  55. Гордиенко В.А., Дубинова И.Д., Дубинов А.Е. // Физика плазмы. 2006. Т. 32. № 11. С. 987.
  56. Лосева Т.В., Попель С.И., Голубь А.П. // Физика плазмы. 2012. Т. 38. № 9. С. 792.
  57. Dubinov A.E., Kitayev I.N. // Planet. Space Sci. 2021. V. 195. P. 105142.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (34KB)
Indexing metadata
3.

Download (26KB)
Indexing metadata
4.

Download (20KB)
Indexing metadata
5.

Download (33KB)
Indexing metadata
6.

Download (22KB)
Indexing metadata
7.

Download (43KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences