Направления:

Релаксация в сильно неравновесной неидеальной плазме

Особое внимание заслуживает неравновесная неидеальная плазма. Экспериментально неидеальная плазма генерируется в условиях больших градиентов температур и плотностей. Такая плазма, как правило, образуется в ограниченной области пространства, существует достаточно короткое время, поэтому является сильно неравновесной. Характер неравновесности зависит от условий эксперимента. В плазме, образованной на фронте ударной волны, температура ионов существенно превышает электронную. Ионизация мишеней короткими лазерными импульсами приводит, наоборот, к разогреву электронной компоненты, при относительно холодных ионах. Некоторое время требуется для установления равновесных функций распределения и достижения локального равновесия в электронной и ионной подсистемах, после чего начинает электрон-ионная релаксация в двухтемпературной системе. Оба указанных процесса: установление локальных равновесных распределений и последующий обмен энергией между подсистемами довольно мало изучены в случае неидеальной плазмы.

Простая экстраполяция теории идеальной плазмы указывает на сравнительно малое время электрон-ионной релаксации (пикосекунды), поэтому экспериментаторы, как правило, пренебрегают разностью температур электронов и ионов. В то же время, экспериментальные данные (A. Ng, 1995; D. Riley, 2000) говорят о том, что теория идеальной плазмы перестает работать уже при значениях параметра неидеальности Г ~ 0.1, и время релаксации оказывается на несколько порядков больше. Это подтверждается и результатами МД моделирования.

Таким образом, неравновесная плазма может существовать существенно дольше, чем это следует из оценок по теории Ландау, и происходящие в ней процессы, такие, например, как неравновесное возбуждение плазменных волн, могут иметь существенное влияние на измеряемые характеристики плазмы. При этом сам процесс релаксации может иметь несколько иной характер, чем в случае идеальной плазмы, о чем свидетельствуют результаты молекулярно-динамического (МД) моделирования для однокомпонентной (G. Zwicknagel, 1999) и двухкомпонентной моделей (J. Hansen, I. McDonald, 1983; работы нашей группы).

Релаксация температур в неизотермической электрон-ионной плазме.

Установление бинарных корреляционных функций и распределения по скоростям.

Связь начального участка неэкспоненциальной релаксации с временем динамической памяти (временем стохастизации) в системе.

Возбуждение неравновесных плазменных волн в процессе релаксации.

Моделирование стационарной неравновесности, обусловленной пучково-плазменной неустойчивостью, поддержанием разности температур электронов и ионов и т.п.

Влияние неравновесного состояния плазмы на экспериментально измеряемые характеристики, например, коэффициент отражения.

Для изучения всех указанных вопросов разработаны уникальные программы МД моделирования. Рассмотрены аспекты физического обоснования выбора ансамбля начальных состояний, по которым проводится усреднение МД траекторий.