عنوان پایان‌نامه
اثر مرز بر روی ویژگیهای موجبرهای پلاسمایی
- رشته تحصیلی
- فیزیک-اتمی‌ملکولی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5341;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71276
- تاریخ دفاع
- ۲۲ تیر ۱۳۹۴
- دانشجو
- هادی ذاکری خطیر
- استاد راهنما
- سیدمجتبی فرزین آقامیر
- چکیده
- مشخصه¬های فیزیکی یک موجبر پلاسمایی به شدت تابعی از شکل هندسی مرز و ویژگی¬های پلاسما است. بررسی اثر خمیدگی مرز بر روی مشخصه¬های پاشندگی موجبر چنبره‌ای حاوی پلاسما، بخشی از کاری است که در این رساله ارائه شده است. نخست به مطالعه‌ی موجبر چنبره¬ای که بصورت جزئی با ستون پلاسمای مغناطیده‌ی سرد پر شده، می‌پردازیم. در این حالت، پلاسما با استفاده از مدل سیالی توصیف شده است و با در نظر گرفتن نسبت شعاع کوچک به شعاع بزرگ چنبره به عنوان عامل اختلال، معادله¬های موج در تقریب استوانه¬ای حل می¬شود. در نهایت با حل عددی معادله‌ی پاشندگی، اثر خمیدگی بر روی مشخصه‌های پاشندگی موجبر چنبره¬ای بررسی می‌شود. سپس به منظور تحلیل دقیق¬تر اثر خمیدگی مرز روی موجبر چنبره‌ای، حل معادله‌های موج در مختصات چنبره¬ای واقعی در نظر گرفته می¬شود. به منظور کاستن از پیچیدگی مسئله، پلاسما به عنوان یک محیط دی¬الکتریک با پاشیدگی زمانی در نظر گرفته می¬شود. با حل عددی معادله‌های ویژه‌مقداری و با بهره‌گیری از نظریه اختلال، فرکانس‌های قطع تا مرتبه‌ی اول بدست آمده و خصوصیات موثر بر روی آنها بررسی می¬شود. در بخش دیگر این رساله اثر میرایی لاندائو و اثر غیرهمگنی ناشی از مرز بر روی مشخصه¬های پاشندگی یک موجبر استوانه¬ای بررسی می¬شود. معادله‌ی پاشندگی موجبر استوانه¬ای که بصورت جزئی توسط ستون پلاسمای مغناطیده پر شده است، بصورت عددی حل می¬شود. در نهایت به تحلیل میرایی لاندائو بر روی مدهای موجبری و پلاسمایی می‌پردازیم. به منظور تحلیل اثر غیرهمگنی ناشی از مرز ابتدا با حل معادلات جنبشی، تانسور گذردهی الکتریکی برای ستون پلاسمای مغناطیده بدست آورده می¬شود. این مدل امکان تحلیل دقیق¬تری از خصوصیات یک موجبر استوانه‌ای حاوی پلاسمای غیرهمگن را، ورای محدودیت‌های موجود در روش¬های متعارف توصیف غیرهمگنی می‌دهد. در نهایت به کمک این تانسور دی¬الکتریک در حد سرد، بی‌برخورد و بدون اثرات سوقی به تحلیل اثر غیرهمگنی بر روی چهار مد ذکر شده می‌پردازیم. کلید واژه: تانسور دی‌الکتریک، موجبر چنبره‌ای پلاسمایی، انحنای مرز، موجبر استوانه‌ای پلاسمایی، میرایی لاندائو، پلاسمای غیرهمگن شعاعی
- Abstract
- The characteristics of plasma waveguides are strongly depended on the geometry of boundaries and plasma properties. In this thesis, the effect of boundary curvature on dispersion properties of a toroidal plasma waveguide is investigated. A wave guide partially filled with cold magnetized plasma column was first treated using fluid model. By considering the ratio of minor to major radii as the perturbation parameter, wave equations are solved numerically. The effect of boundary curvature on dispersion properties of toroidal waveguide is considered. To analyze the boundary curvature effects precisely, the wave equations are considered in real toroidal coordinates. The plasma column is first considered as a dielectric medium with time dispersion. The cut-off frequency is obtained through numerical solution of eigen-value equations using the perturbation theory up to the first order. The analysis of effective characteristics of waveguide modes cut-off frequencies is provided. In the latter part of the thesis, the effects of Landau damping and plasma inhomogeneity on the dispersion properties of cylindrical waveguide is presented. The dispersion equation of partially filled magnetized cylindrical plasma waveguide was numerically solved. Then, the Landau damping of plasma modes is analyzed. To study the inhomogeneity caused by boundaries, the dielectric tensor of a magnetized plasma column was obtained using kinetic approach. This model provides a more accurate analysis of properties of inhomogeneous plasma column in an empty wave guide beyond limitations of conventional methods. Finally, the dielectric tensor is utilized to study the plasma wave guide modes in cold and collisionless limits without the effects of density gradient and inhomogeniety. Keywords: dielectric tensor, toroidal plasma waveguide, boundary curvature, cylindrical plasma waveguide, Landau damping, radial inhomogeneous plasma
