Simulações PIC de plasmas com funções de distribuição de velocidades do tipo Kappa

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Data
2018-02-19Autor
Oliveira, Andrew Welvis Silva de
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Observa¸c˜oes in situ do plasma do meio interplanet´ario indicam a presen¸ca de part´ıculas
que apresentam fun¸c˜oes de distribui¸c˜ao de velocidades com caudas n˜ao t´ermicas e frequentes anisotropias, que n˜ao s˜ao descritas corretamente por fun¸c˜oes de distribui¸c˜ao
Maxwelliana ou bi-Maxwelliana. Tais fatores n˜ao t´ermicos s˜ao usualmente descritos por
distribui¸c˜oes que apresentam uma lei de potˆencia em suas caudas, representadas pela
fam´ılia de fun¸c˜oes de distribui¸c˜ao de velocidade do tipo Kappa. Em geral, as fun¸c˜oes
de distribui¸c˜ao Kappa s˜ao utilizadas de forma emp´ırica para a realiza¸c˜ao de ajustes de
dados observacionais. Basicamente, grande parte da teoria de propaga¸c˜ao de ondas em
plasmas foi desenvolvida utilizando fun¸c˜oes de distribui¸c˜ao de velocidades Maxwelliana,
a descri¸c˜ao do plasma por uma fun¸c˜ao de distribui¸c˜ao diferente pode modificar os modos
normais de propaga¸c˜ao no plasma. Neste trabalho, utilizamos um m´etodo de simula¸c˜ao
que utiliza a t´ecnica de part´ıcula na c´elula - PIC, relativ´ıstico para investigar os modos
normais de propaga¸c˜ao em plasmas cujas popula¸c˜oes de el´etrons s˜ao descritas por fun¸c˜oes
Kappa isotr´opicas e anisotr´opicas. Modificamos o c´odigo para incluir como fun¸c˜ao de
distribui¸c˜ao de velocidades inicial as fun¸c˜oes Kappa, tal como os efeitos relativ´ısticos. Realizamos simula¸c˜oes para plasmas n˜ao magnetizados, em que as velocidades das part´ıculas
seguem as formas de fun¸c˜oes Kappa isotr´opicas e anisotr´opicas amplamente utilizadas em
plasmas espaciais para estudos de instabilidades. Os resultados obtidos atrav´es das simula¸c˜oes coincidem com a previs˜ao te´orica, sendo que ao adotar valores pequenos para o
´ındice espectral a emiss˜ao do modo de Langmuir obtido via simula¸c˜oes PIC ocorre para
pequenos n´umeros de onda, `a medida que o ´ındice aumenta a emiss˜ao passa a ocorrer
para n´umeros de onda maiores.
