Collisionless inverse bremsstrahlung in magnetized plasmas

Summary

The heating of electrons in the magnetic plasma by the multiphoton absorption of the electromagnetic wave is described from a quantum-mechanical viewpoint. A kinetic equation is derived and the change in kinetic energy of the electrons is calculated. For the spatially uniform weak electromagnetic wave propagating in the direction parallel to the static magnetic field, it is found that the energy of perpendicular motion of the gyrating electron about the magnetic field is not changed in most experimental situations. The heating rate of the electrons is found to approach zero as the electron temperature decreases to zero. It is shown that for hot turbulent plasmas the maxima (resonances) of the heating rate of the electrons occur at frequencies of the electromagnetic wave located symmetrically in pairs about the electron cyclotron frequency.

Riassunto

Il riscaldamento degli elettroni nel plasmo magnetico mediante l'assorbimento multifotonico dell'onda elettromagnetica è descritto dal punto di vista quantomeccanico. Si deriva un'equazione cinetica e si calcola il cambiamento in energia cinetica degli elettroni. Per l'onda elettromagnetica debole uniforme nello spazio che si propaga in direzione parallela al campo magnetico statico, si è trovato che l'energia del moto perpendicolare dell'elettrone che si muove circolarmente intorno al campo magnetico non è cambiata in moltissime situazioni sperimentali. Si trova che il valore di riscaldamento degli elettroni si avvicina a zero quando la temperatura degli elettroni scende fino a zero. Si è mostrato che, per plasmi turbolenti caldissimi, i massimi (risonanze) del valore di riscaldamento si verificano a frequenze dell'onda elettromagnetica situate simmetricamente in paia intorno alla frequenza ciclotronica dell'elettrone.

Резюме

В рамках квантовой механики описывается нагревание электронов в замагниченной плазме в результате многофотонного поглощения электромагнитных волн. Выводится кинетиыеское уравнение и вычисляется изменение кинетической энергии электронов. Для пространственно однородной слабой электромагнитной волны, распространяющейся в направлении параллельно статическому магнитному полю, показывается, что энергия перпендикулярного движения вращающегося электрона относительно магнитного поля не изменяется для большинства экспериментальных ситуаций. Получено, что интенсивность нагревания электронов стремится к нулю, когда температура электронов уменьшается до нуля. Показывается, что для горячей турбулентной плазмы максимумы (резонансы) интенсивности нагревания электронов наблюдаются при частотах волн, расположенных симметрично парами около электронной циклотронной частоты.