A teoria da turbulência fraca para oscilações eletrostáticas em plasmas com feixes de alta intensidade
Abstract
A interação entre um feixe de elétrons e o plasma que o rodeia é de fundamental importância em Física de plasmas, tanto no estudo de plasmas de laboratório quanto de plasmas espaciais e astrofísicos. Uma possível abordagem para descrever este tipo de interação é a Teoria de Turbulência Fraca, que consiste em uma formulação empregada para descrever a interação entre as partículas e ondas de um sistema feixe-plasma. Essa teoria é estritamente válida quando o plasma é fracamente instável, o que para um sistema feixe-plasma corresponde a considerar feixes de baixa intensidade. O presente trabalho se propõe a estender a validade da Teoria de Turbulência Fraca para descrever fenômenos envolvendo feixes de mais alta intensidade, os quais são com frequência observados em sistemas realísticos e que não são adequadamente descritos pela teoria usual. Especificamente, a relação de dispersão de um sistema feixe-plasma é modelada de acordo com sua solução numérica e incorporada na determinação dos termos quase lineares e dos termos não lineares de acoplamento de três ondas, que regem a evolução temporal do sistema. Os resultados da evolução temporal de ondas e partículas obtidos usando a abordagem da Teoria de Turbulência Fraca para feixes de alta intensidade mostram que o comportamento desse sistema com feixe de alta intensidade se aproxima do comportamento do sistema com feixes de baixa intensidade. Os resultados encontrados podem ser explicados pelo fato de que, embora a teoria usual considere o acoplamento de ondas envolvendo dois modos de oscilação distintos, i. e., íon-sônico e de Langmuir, enquanto o presente trabalho considera a existência de um único modo, a relação de dispersão do modo considerado apresenta uma região de baixa frequência bem como uma região de alta frequência, as quais acabam por desempenhar o papel das ondas íon-sônicas e de Langmuir, respectivamente. Os resultados encontrados corroboram a consistência da Teoria de Turbulência Fraca, no sentido de que, em ambos os casos, envolvendo feixes de baixa ou alta intensidade, o comportamento de ondas e partículas se mostra semelhante.