Quasilinear theory for inhomogeneous plasma
Quasilinear theory for inhomogeneous plasma
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非均匀等离子体的拟线性理论
DOI：
10.1017/s0022377822000502
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发表时间：
2022
影响因子：
2.5
通讯作者：
Dodin, I.Y.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Dodin, I.Y.
本文提出了经典等离子体与非均匀湍流相互作用的准线性理论。粒子哈密顿量保持一般性;例如，相对论，电磁和引力效应被包含在内。从Klimontovich方程导出了一个Fokker-Planck方程，它描述了准线性扩散、与背景场的相互作用以及有质动力效应。局部扩散系数明显为半正定。波被允许是离壳的（即不受色散关系的约束），并且Balescu-Lenard类型的碰撞积分以不限于任何特定哈密顿量的形式出现。这个算子保持了粒子、动量和能量的守恒，并且像往常一样，它也满足-定理。作为一个副产品，微观波动的频谱的一般表达式。对于满足准线性波动力学方程的壳层波，该理论保持了波-等离子体系统的动量和能量。与QLT的标准版本不同，非共振波的作用也是守恒的。本文将Dewar的静电湍流振荡中心QLT（Phys. Fluids，vol.16，1973，p.1102）作为一个特例进行了形式证明，并给出了简明的公式。作为例子，还讨论了相对论电磁和引力相互作用，并提出了引力波的QLT。
This paper presents quasilinear theory (QLT) for a classical plasma interacting with inhomogeneous turbulence. The particle Hamiltonian is kept general; for example, relativistic, electromagnetic and gravitational effects are subsumed. A Fokker–Planck equation for the dressed ‘oscillation-centre’ distribution is derived from the Klimontovich equation and captures quasilinear diffusion, interaction with the background fields and ponderomotive effects simultaneously. The local diffusion coefficient is manifestly positive-semidefinite. Waves are allowed to be off-shell (i.e. not constrained by a dispersion relation), and a collision integral of the Balescu–Lenard type emerges in a form that is not restricted to any particular Hamiltonian. This operator conserves particles, momentum and energy, and it also satisfies the -theorem, as usual. As a spin-off, a general expression for the spectrum of microscopic fluctuations is derived. For on-shell waves, which satisfy a quasilinear wave-kinetic equation, the theory conserves the momentum and energy of the wave–plasma system. The action of non-resonant waves is also conserved, unlike in the standard version of QLT. Dewar's oscillation-centre QLT of electrostatic turbulence (Phys. Fluids, vol. 16, 1973, p. 1102) is proven formally as a particular case and given a concise formulation. Also discussed as examples are relativistic electromagnetic and gravitational interactions, and QLT for gravitational waves is proposed.
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DOI：
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