oscilación híbrida superior

En física de plasmas , una oscilación híbrida superior es un modo de oscilación de un plasma magnetizado . Consiste en un movimiento longitudinal de los electrones perpendicular al campo magnético con la relación de dispersión.

${\displaystyle \omega ^{2}=\omega _{pe}^{2}+\omega _{ce}^{2}+3k^{2}v_{\mathrm {e,th} }^{2}}$,

donde (en unidades cgs )

${\displaystyle \omega _{pe}=(4\pi n_{e}e^{2}/m_{e})^{1/2}}$

es la frecuencia de plasma de electrones y

${\displaystyle \omega _{ce}=eB/{m_{e}c}}$

es la frecuencia ciclotrónica del electrón .

Esta oscilación está estrechamente relacionada con la oscilación de plasma que se encuentra en plasmas no magnetizados o paralelos al campo magnético, donde el término ω _pe surge de la fuerza restauradora de Coulomb electrostática y el término 3 k ² v _e,th ² surge de la fuerza restauradora de la presión electrónica. En la oscilación híbrida superior hay una fuerza restauradora adicional debido a la fuerza de Lorentz . Consideremos una onda plana donde todas las cantidades perturbadas varían como exp( i ( kx -ω t )). Si el desplazamiento en la dirección de propagación es δ _x , entonces

${\displaystyle v_{x}=-i\omega \delta }$

${\displaystyle f_{y}=nev_{x}B_{z}/c=-i\omega (neB_{z}/c)\delta}$

${\displaystyle v_{y}=-f_{y}/i\omega nm=(eB_{z}/mc)\delta }$

${\displaystyle f_{x}=-nev_{y}B_{z}/c=-(nm)(eB_{z}/mc)^{2}\delta }$

${\displaystyle a_{x}=-\omega _ {ce}^{2}\delta}$

De este modo, el campo magnético perpendicular proporciona efectivamente una fuerza restauradora armónica con una frecuencia _ωce , lo que explica el tercer término de la relación de dispersión. Las órbitas de las partículas (o trayectorias del fluido) son elipses en el plano perpendicular al campo magnético, alargadas en la dirección de propagación.

La frecuencia de las oscilaciones de longitud de onda larga es un "híbrido" o mezcla de las frecuencias del plasma electrónico y del ciclotrón electrónico.

${\displaystyle \omega _ {h}^{2}=\omega _ {pe}^{2}+\omega _ {ce}^{2}}$,

y se conoce como la frecuencia híbrida superior . ^{[ 1 ]} También hay una frecuencia híbrida inferior y oscilaciones híbridas inferiores .

Para la propagación en ángulos oblicuos al campo magnético, existen dos modos simultáneamente. Si la frecuencia de plasma es mayor que la frecuencia ciclotrónica, entonces la oscilación híbrida superior se transforma continuamente en la oscilación de plasma. La frecuencia del otro modo varía entre la frecuencia ciclotrónica y cero. De lo contrario, la frecuencia del modo relacionado con la oscilación híbrida superior permanece por encima de la frecuencia ciclotrónica, y el modo relacionado con la oscilación de plasma permanece por debajo de la frecuencia de plasma. En particular, las frecuencias vienen dadas por

${\displaystyle \omega ^{2}=(1/2)\omega _{h}^{2}\,\left(1\pm {\sqrt {1-\left({\frac {\cos \theta }{\omega _{h}^{2}/2\omega _{c}\omega _{p}}}\right)^{2}}}\right)}$

• oscilación de plasma
• oscilación híbrida inferior