@MastersThesis{Nascimento:2003:SiHíCh,
author = "Nascimento, Marcelo Henrique Gon{\c{c}}alves do",
title = "Simula{\c{c}}{\~a}o h{\'{\i}}brida para choques em plasmas
espaciais",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2003",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2003-02-24",
keywords = "ondas de choque, simula{\c{c}}{\~a}o computacional,
inje{\c{c}}{\~a}o de {\'{\i}}ons4, intera{\c{c}}{\~o}es
onda-part{\'{\i}}cula, ondas magneto-hidrodin{\^a}micas,
plasmas espaciais, rela{\c{c}}{\~a}o de Rankine- Hugoniot,
plasmas n{\~a}o-colisionais, Key Words: shock waves, computer
simulation, ion injection, wave-particle interaction,
magnetohydrodynamic waves, space plasmas, Rankine - Hugoniot
relation, collisonless plasmas.",
abstract = "Nesta disserta{\c{c}}{\~a}o de mestrado s{\~a}o estudados
tr{\^e}s problemas fundamentais da F{\'{\i}}sica Espacial, a
saber: a instabilidade eletromagn{\'e}tica
{\'{\i}}on-{\'{\i}}on ressonante (IEIIR), uma onda de choque
quase-perpendicular supercritica e a intera{\c{c}}{\~a}o entre
um feixe de {\'{\i}}ons de extens{\~a}o finita com um feixe de
{\'{\i}}ons de fundo. Um c{\'o}digo h{\'{\i}}brido
eletromagn{\'e}tico e unidimensional, que trata os {\'{\i}}ons
como part{\'{\i}}culas e os el{\'e}trons como um fluido
condutor, desprovido de massa e que garante a neutralidade das
cargas el{\'e}tricas dos {\'{\i}}ons, foi empregado para
simular os tr{\^e}s problemas. A simula{\c{c}}{\~a}o da IEIIR
produziu diagn{\'o}sticos que permitiram caracterizar os
principais est{\'a}gios de evolu{\c{c}}{\~a}o temporal dessa
instabilidade, isto {\'e}, a fase de crescimento exponencial e a
fase de satura{\c{c}}{\~a}o. Alguns eventos tais como a
transfer{\^e}ncia de energia cin{\'e}tica dos {\'{\i}}ons do
feixe t{\^e}nue para a componente By do campo magn{\'e}tico das
ondas, a gera{\c{c}}{\~a}o de pulsos magn{\'e}ticos de grande
amplitude durante o processo de resson{\^a}ncia entre os
{\'{\i}}ons do feixe t{\^e}nue e as ondas
eletromagn{\'e}ticas, o espalhamento dos {\'{\i}}ons do feixe
t{\^e}nue devido {\`a}s ondas eletromagn{\'e}ticas de grande
amplitude polarizadas {\`a} direita que possuem helicidade
positiva e que se propagam na mesma dire{\c{c}}{\~a}o do feixe
t{\^e}nue, permitem caracterizar a fase de crescimento
exponencial da instabilidade. Por outro lado, a transfer{\^e}ncia
da energia do campo magn{\'e}tico das ondas para os {\'{\i}}ons
do feixe t{\^e}nue, aquecem-nos tanto nas dire{\c{c}}{\~o}es
paralela e perpendicular em rela{\c{c}}{\~a}o ao campo
magn{\'e}tico caracterizando a fase de satura{\c{c}}{\~a}o da
instabilidade. A simula{\c{c}}{\~a}o da onda de choque
quase-perpendicular supercritica usou uma rotina para injetar
part{\'{\i}}culas na regi{\~a}o de simula{\c{c}}{\~a}o e,
tamb{\'e}m, usou o m{\'e}todo da parede r{\'{\i}}gida para a
forma{\c{c}}{\~a}o auto-consistente de uma onda de choque dessa
classe. Os diagn{\'o}sticos permitiram verificar a
forma{\c{c}}{\~a}o da referida onda de choque, bem como um de
seus aspectos fundamentais: a reflex{\~a}o de uma
fra{\c{c}}{\~a}o dos {\'{\i}}ons incidentes pela regi{\~a}o
de transi{\c{c}}{\~a}o do choque de volta para a regi{\~a}o
{\`a} frente do choque. A simula{\c{c}}{\~a}o da
intera{\c{c}}{\~a}o do feixe de {\'{\i}}ons de comprimento
finito com os {\'{\i}}ons de fundo gerou diagn{\'o}sticos que
permitiram verificar que dois modos eletromagn{\'e}ticos
ondulat{\'o}rios, o ressonante e o n{\~a}o-ressonante ambos
polarizados {\`a} direita e com helicidades positiva e negativa,
respectivamente, s{\~a}o respons{\'a}veis pela
intera{\c{c}}{\~a}o e acoplamento dos dois feixes de
{\'{\i}}ons. ABSTRACT: In this Masters Degree Dissertation three
fundamental problems from Space Physics are studied, namely: the
electromagnetic ion-ion resonant instability (EIIRI), a
quasi-perpendicular supercritical shock wave and the interaction
between a finite-length ion beam with a background ion beam. A
one-dimensional electromagnetic hybrid code that treats de ions as
particles and the electrons as a massless conducting, neutralizing
fluid was used to simulate the three problems. The diagnostics
produced by the EIIRI simulation permitted to characterize the
main phases of the instability temporal evolution, namely, the
exponential growth and the saturation phases. Some events such as
energy transfer from the tenuous ion beam to the By component of
the magnetic field, the generation of large amplitude magnetic
pulses during the resonance process between the ions of the
tenuous beam with the electromagnetic waves, the scattering of the
ions due to the large amplitude right-handed polarized
electromagnetic waves that have positive helicities allow the
characterization of the instability exponential growth phase. On
the other hand, the energy transfer from the wave magnetic field
to the ions of the tenuous beam heat them both in the parallel and
in the perpendicular directions with respect to the magnetic field
characterizes the instability saturation phase. The
quasi-perpendicular supercritical shock wave simulation used a
routine to inject particles inside the simulation region and also
used the hard wall method to form a shock wave of this kind
self-consistently. The diagnostics allowed to verify the formation
of this shock wave and one of its fundamental features: the
reflection of a fraction of the incident ions by the shock
transition region back to the upstream region. The simulation of
the interaction of a finite-length beam with background ions
produced diagnostics that allowed to verify that two right-handed
polarized electromagnetic wave modes, the resonant and the
nonresonant modes with positive and negative helicities,
respectively, are both responsible for the interaction and the
coupling of the two ion beams.",
committee = "Alves, Maria Virg{\'{\i}}nia (orientadora/presidente) and Dutra,
Severino Luiz Guimar{\~a}es and Bittencourt, Jos{\'e} Augusto
and Gonzales Alarcon, Walter Demetrio and Sakanaka, Paulo",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Hybrid simulation applied to shock waves in space plasmas",
language = "pt",
pages = "342",
ibi = "6qtX3pFwXQZ3P8SECKy/y59nh",
url = "http://urlib.net/ibi/6qtX3pFwXQZ3P8SECKy/y59nh",
targetfile = "Publica{\c{c}}{\~a}o.pdf",
urlaccessdate = "12 maio 2024"
}