Partikel-in-Zelle und schwache Turbulenz-Simulationen der Plasmaemission

Zusammenfassung Der Plasmaemissionsprozess, der der Mechanismus für solarer Typ II und Typ III Radioausbruch-Phänomene ist, wird mittels Partikel-in-Zelle (PIC) und schwache Turbulenz (WT) Simulationsmethoden untersucht. "Plasmaemission" bezeichnet lose eine Reihe von Prozessen, beginnend mit dem von Sonnenausbrüchen begleitenden Elektronenstrahl, der Langmuir- und ionakustische Turbulenz anregt, und der anschließenden teilweisen Umwandlung der Strahlenergie in Strahlungsenergie durch nichtlineare Prozesse. Die PIC-Simulation ist rigoros, aber die Methode ist rechenintensiv, und es ist schwierig, die Ergebnisse zu diagnostizieren. Die numerische Lösung der Gleichungen der WT-Theorie, bekannt als WT-Simulation, ist hingegen effizient und eignet sich natürlich für Diagnosen, da verschiedene Terme in der Gleichung ein- oder ausgeschaltet werden können. Dennoch basiert die WT-Theorie auf einer Reihe von Annahmen. Es ist daher wünschenswert, die beiden Methoden zu vergleichen, was wir zum ersten Mal mit numerischen Lösungen des vollständigen Satzes von Gleichungen der WT-Theorie und einer zweidimensionalen elektromagnetischen PIC-Simulation tun. Bei quantitativen Vergleichen zeigt sich, dass die WT-Theorie weitgehend gültig ist, obwohl auch einige Diskrepanzen festgestellt werden. Die vorliegende Studie zeigt außerdem, dass große Rechenressourcen benötigt werden, um die Strahlungsemissionsprozesse genau zu simulieren, insbesondere bei niedrigen Elektronenstrahlgeschwindigkeiten, sodass es möglicherweise vorteilhafter ist, die WT-Methode zu verwenden, um die Strahlungsemission selbst zu beschreiben. Die Ergebnisse des vorliegenden Papiers implizieren somit, dass beide Methoden nützlich sein können für die Untersuchung solarer Radioemissionen, da sie komplementär sind.