Evolução de espectros de ondas eletrostáticas e eletromagnéticas em plasmas não térmicos investigada com uso da teoria de turbulência fraca - Petruzzellis, Larissa Teixeira (2020)
O objetivo desse trabalho envolve uma aplicação do formalismo da teoria de turbulência fraca para o estudo da evolução conjunta de ondas e partículas, associada a plasmas em situações envolvendo a presença de feixes de partículas. Como objetivo posterior, o estudo se estende e leva em conta características não térmicas na distribuição dos elétrons do plasma de fundo. A justificativa para tal tipo de investigação reside no fato de que plasmas em condições espaciais frequentemente são observados exibindo caudas não térmicas e anisotropias, que não são bem descritas por distribuições Maxwellianas, mas sim por distribuições com caudas do tipo lei de potência, conhecidas de maneira genérica como distribuições "Kappa". No contexto da teoria de turbulência fraca, soluções assintóticas aproximadas, bem como soluções numéricas obtidas usando uma aproximação unidimensional, já mostraram que distribuições Kappa podem ser geradas por processos não lineares, o que contribui para motivar a investigação proposta. A presença de distribuições não térmicas, como as distribuições Kappa, vem sendo observada não só em ambientes naturais, mas também em laboratório, e um estudo mais completo se faz necessário. Para tanto, será apresentada primeiramente uma revisão completa da teoria, que formará as bases para o estudo apresentado. Será mostrada a teoria cinética de plasmas, desde seus aspectos fundamentais. A seguir será discutido o sistema de equações VlasovMaxwell na abordagem quase-linear, enfatizando quais as principais características da teoria. Depois, será feita uma revisão de uma formulação relativamente recente, apresentando as bases para a teoria de turbulência fraca, mencionando termo a termo as principais características. A seguir será apresentada a distribuição de velocidades Kappa, sua origem e principais características, encerrando a revisão da literatura. A seguir serão apresentados resultados obtidos no problema da interação feixe-plasma considerando tanto os elétrons do plasma de fundo quanto do feixe incidente como distribuições maxwellianas. Para tanto, serão utilizados dois cenários para o feixe de partículas: o primeiro considerando um feixe único, alinhado na direção do campo, e o segundo utilizando feixes contrapropagantes. Por fim será abordado o efeito da presença de uma distribuição de velocidades do tipo núcleo-halo, tanto nos espectros iniciais das ondas L, S quanto no espectro assintótico das ondas T do plasma. E, como encerramento, serão apresentados efeitos da presença inicial de uma distribuição do tipo núcleo-halo sobre a evolução temporal dos espectros das ondas e das funções de distribuição de velocidades, bem como a evolução dos espectros de emissão do plasma.