Аномальный перенос электронов в одномерной электронно-циклотронной дрейфовой турбулентности

Электрический дрейф электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях и связанный с ним поперечный ток – источники сильной неустойчивости плазмы. В условиях, характерных для плазменных ускорителей, эта неустойчивость приводит к возбуждению квазикогерентных нелинейных волн, служащих причиной аномального переноса электронов. В работе с помощью численного моделирования методом частиц в ячейках (Particle in Cell – PIC) исследована нелинейная стадия развития данного процесса. Показано, что аномальный ток пропорционален величине приложенного электрического поля, что соответствует постоянной подвижности электронов. При этом скейлинг плотности тока повторяет зависимость доминирующей резонансной длины волны от напряженностей электрического и магнитного полей, что ясно указывает на циклотронную природу неустойчивости.

Anomalous Electron Transport in One-Dimensional ElectronCyclotron Drift Turbulence

The transverse electron current due to the crossed electric and magnetic fields results in the robust instability driven by the electron ${\mathbf{E}} \times {\mathbf{B}}$ drift. In the regime of interest for electric propulsion applications, this instability leads to the excitation of quasicoherent nonlinear wave resulting in the anomalous electron transport. We investigate the nonlinear stage of the instability and resulting anomalous electron current using nonlinear Particle-in-Cell simulations. It is found that the anomalous current is proportional to the applied electric field thus demonstrating constant anomalous mobility. Moreover, the anomalous current follows the behavior of the dominant resonant wavelength thus clearly demonstrating the cyclotron nature ofthe instability.