Generation of dispersive shock waves in nonextensive plasmas.

PLASMA gases; KINEMATIC viscosity; SHOCK waves; ELECTRON-ion collisions; HYDRODYNAMICS; POISSON'S equation; VACUUM technology

In this research we use a generalized hydrodynamic model to numerically investigate the quasi-neutral expansion and compression of an electron–ion plasma with nonextensive electron velocity distribution into or from vacuum. We study the effects of kinematic viscosity and electron–ion collisions on the expansion profile and compare our results to the numerical solutions of the standard Korteweg – de Vries (KdV) equation. It is found that the quasi-neutrality assumption in the hydrodynamic approach in the absence of viscosity and collisions, which leads to elimination of Poisson's equation, sets the weak dispersion limit and becomes equivalent to the standard weakly dispersive KdV model. In the weak dispersion limit our model, as well as the KdV with small dispersion effect, predicts that a pulse-like initial profile evolves into solitary wave train. We further show that in a plasma expansion different shock profiles, such as purely dispersive, diffusive–dispersive, and dissipative ones, with significantly different characters may form. Finally, the effect of electron nonextensivity on oscillatory shock waves shows that the expansion profile is affected by changes of q-parameter. Our numerical solution is in qualitative agreement with some distinguished experiments showing the possibility of dispersive shock wave formation in rarefied plasma during an expansion into vacuum. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Cette recherche utilise une généralisation du modèle hydrodynamique pour étudier numériquement l'expansion/compression vers/du vide d'un plasma quasi-neutre avec une distribution de vitesse électronique non extensive (à paramètre q). Nous étudions les effets de la viscosité cinématique et des collisions électron-ion sur le profil d'expansion et comparons nos résultats avec la solution numérique de l'équation Korteweg – de Vries (KdV) standard. Nous trouvons que l'hypothèse de quasi-neutralité, dans l'approche hydrodynamique en absence de viscosité et de collision qui mène à l'élimination de l'équations de Poisson, établit la limite de dispersion faible et devient équivalente au modèle KdV standard faiblement dispersif. Dans la limite de faible dispersion, notre modèle, comme KdV dans les mêmes conditions, prédit qu'un profil initial de type impulsion évolue vers un train d'ondes solitaires. Nous montrons aussi que dans un plasma peuvent se former, avec des caractères significativement différents, des profils de choc à expansion différente, de type purement dispersif ou diffusif-dispersif ou dissipatif. Finalement, l'effet du caractère non extensif des électrons sur les ondes de choc oscillantes montre que le profil d'expansion est affecté par la variation du paramètre q. Notre solution numérique est en accord qualitatif avec des expériences reconnues, montrant la possibilité de formation d'ondes de choc dispersives dans des plasmas raréfiés en expansion vers le vide. [Traduit par la Rédaction] [ABSTRACT FROM AUTHOR]

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