Saturación de la energía magnética de ondas ión-ciclotrón en plasmas térmicamente anisotrópicas

Abstract

Las ondas electromagnéticas ión-ciclotrón son componentes importantes en plasmas espaciales, astrofísicos y de laboratorio. En estos sistemas las funciones de distribución de velocidades de protones se encuentran normalmente fuera del equilibrio termodinámico, con anisotropías térmicas T⊥ 6= T. Estas anisotropías son una fuente de energía libre que permite la excitación de inestabilidades, siendo éstas las responsables del crecimiento de ondas electromagnéticas. Para poder cuantificar los efectos de estas inestabilidades es conveniente conocer las amplitudes y las escalas temporales de saturación de las fluctuaciones del campo magnético. Aunque la teoría lineal es una excelente herramienta para estudiar las tasas de crecimiento de las inestabilidades, esta teoría no es suficiente para predecir la máxima amplitud a la que crecerán las ondas excitadas (saturación). En este trabajo se emplea teoría cinética lineal para plasmas magnetizados y simulaciones híbridas-PIC para estudiar la relajación de distribuciones de protones inicialmente anisotrópicas. Se describen expresiones analíticas que dan cuenta de la saturación de la energía de ondas ión-ciclotrón y su relación con la variación de la energía cinética de las partículas, otras expresiones que permiten representar la evolución temporal de estas energías y una relación que permite predecir las escalas temporales a las cuales la energía magnética satura.