Papers
Topics
Authors
Recent
Gemini 2.5 Flash
Gemini 2.5 Flash
133 tokens/sec
GPT-4o
7 tokens/sec
Gemini 2.5 Pro Pro
46 tokens/sec
o3 Pro
4 tokens/sec
GPT-4.1 Pro
38 tokens/sec
DeepSeek R1 via Azure Pro
28 tokens/sec
2000 character limit reached

Dust-ion-acoustic damped solitary waves and shocks in laboratory and Saturn's E-ring magnetized nonthermal dusty plasmas with anisotropic ion pressure and dust-charge fluctuation (2405.11627v1)

Published 19 May 2024 in physics.plasm-ph

Abstract: We study the oblique propagation of weakly nonlinear dust-ion-acoustic (DIA) solitary waves (SWs) and shocks in collisional magnetized nonthermal dusty plasmas that are relevant in laboratory and space (Saturn's E-ring) environments. We consider plasmas to be composed of $q$-nonextensive hot electrons, thermal positive ions, and immobile negatively charged dust grains immersed in a static magnetic field and take into account the effects of ion creation (source), and ion loss (sink), ion-neutral and ion-dust collisions, anisotropic ion pressure and dust-charge fluctuations on the evolution of small-amplitude SWs and shocks. The ion-neutral collision enhancement equilibrium dust-charge number is self-consistently determined using Newton's Raphson method. We found that in laboratory dusty plasmas with adiabatic dust-charge variation [i.e., when the dust charging frequency ($\nu_{\rm{ch}}$) is much higher than the dust-plasma oscillation frequency ($\omega_{\rm{pd}}$)], the DIA solitary waves (DIASWs) get damped by the effects of the ion-dust and ion-neutral collisions, whereas the ion creation and ion loss leads to the amplification of solitary waves, and they appear as only compressive types with positive potential. On the other hand, in Saturn's E-ring plasmas, where the collisional and ion creation or ion loss effects are insignificant, the non-adiabaticity of dust-charge variation can give rise to the evolution of either damped DIASWs or DIA shocks, depending on the smallness of the ratios $\nu_{\rm{ch}}/\omega_{\rm{pd}}$ or $\omega_{\rm{pd}}/\nu_{\rm{ch}}$, respectively. Furthermore, two critical values of the nonextensive parameter $q$ exist, below (or above) which, the DIASWs and shocks can appear as rarefactive (or compressive) types. The characteristics of DIASWs and shocks are also analyzed numerically for parameters relevant to the laboratory and Saturn's E-ring plasmas.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (58)
  1. B. Shotorban, Phys. Rev. E 83, 066403 (2011).
  2. R. L. Merlino, Plasma Phys. Appl. 81, 73–110 (2006).
  3. E. C. Whipple, T. G. Northrop, and D. A. Mendis, J. Geophys. Res. Space Phys. 90, 7405–7413 (1985).
  4. M. Horanyi and D. Mendis, J. Geophys. Res. Space Phys. 91, 355–361 (1986).
  5. D. P. Sheehan, M. Carillo, and W. Heidbrink, Rev. Sci. Instrum. 61, 3871–3875 (1990).
  6. F. F. Chen, Phys. Plasmas 2, 2164–2175 (1995).
  7. R. L. Merlino, Phys. Plasmas 16 (2009).
  8. A. Barkan, N. D’angelo, and R. L. Merlino, Phys. Rev. Lett. 73, 3093 (1994).
  9. B. Walch, M. Horányi, and S. Robertson, Phys. Rev. Lett. 75, 838 (1995).
  10. M. Tribeche, S. Mayout, and R. Amour, Phys. Plasmas 16 (2009).
  11. H. Asgari, S. V. Muniandy, and C. S. Wong, Phys. Plasmas 18 (2011).
  12. C. Cui and J. Goree, IEEE Trans. Plasma Sci. 22, 151–158 (1994).
  13. A. P. Misra, A. R. Chowdhury, and K. R. Chowdhury, Phys. Lett. A 323, 110–121 (2004).
  14. T. K. Baluku, M. A. Hellberg, and R. L. Mace, Phys. Plasmas 15, 033701 (2008).
  15. M. Tribeche and T. H. Zerguini, Phys. Plasmas 8, 394–398 (2001).
  16. J. Vranješ, B. P. Pandey, and S. Poedts, Phys. Plasmas 9, 1464–1467 (2002).
  17. A. A. Mamun and P. K. Shukla, IEEE Trans. Plasma Sci. 30, 720–724 (2002).
  18. S. S. Duha and A. A. Mamun, Phys. Lett. A 373, 1287–1289 (2009).
  19. N. N. Rao, P. K. Shukla, and M. Y. Yu, Planet. Space Sci. 38, 543–546 (1990).
  20. F. Melandso/, Phys. Plasmas 3, 3890–3901 (1996).
  21. M. Tribeche, R. Hamdi, and T. H. Zerguini, Phys. Plasmas 7, 4013–4017 (2000).
  22. P. K. Shukla and V. P. Silin, Phys. Scr. 45, 508 (1992).
  23. A. Barkan, R. L. Merlino, and N. D’angelo, Phys. Plasmas 2, 3563–3565 (1995).
  24. Y. Nakamura, H. Bailung, and P. K. Shukla, Phys. Rev. Lett. 83, 1602 (1999).
  25. N. D’Angelo, Phys. Plasmas 4, 3422–3426 (1997).
  26. S. Ghosh, J. Plasma Phys. 71, 519–526 (2005).
  27. J. Tamang, K. Sarkar, and A. Saha, Physica A 505, 18–34 (2018).
  28. M. Mehdipoor, Waves Random Complex Media 32, 2693–2717 (2022).
  29. M. Adnan, S. Mahmood, and A. Qamar, Contrib. Plasma Phys. 54, 724–734 (2014).
  30. A. A. Mamun, Phys. Scr. 57, 258 (1998a).
  31. A. A. Mamun, J. Plasma Phys. 59, 575–580 (1998b).
  32. S. A. Khan and A. Mushtaq, Phys. Plasmas 14 (2007).
  33. A. P. Misra, Appl. Math. Comput. 256, 368–374 (2015).
  34. L. J. Spilker, Tech. Rep. (1997).
  35. G. E. Morfill, E. Grün, and T. V. Johnson, J. Geophys. Res. Space Phys. 88, 5573–5579 (1983).
  36. A. Vergou, J. Phys. Conf. Ser. 171, 012035 (2009).
  37. A. Lavagno and D. Pigato, Eur. Phys. J 47, 52 (2011).
  38. C. Tsallis, J. Stat. Phys. 52, 479–487 (1988).
  39. P. H. Yoon, Entropy 21, 820 (2019).
  40. Z. Liu, L. Liu, and J. Du, Phys. Plasmas 16 (2009).
  41. M. P. Leubner, Astrophys. Space Sci. 282, 573–579 (2002).
  42. R. Silva Jr, A. R. Plastino, and J. A. S. Lima, Phys. Lett. A 249, 401–408 (1998).
  43. M. Bacha and M. Tribeche, Astrophys. Space Sci. 337, 253–259 (2012).
  44. N. Meyer-Vernet, Astron. Astrophys. 105, 98–106 (1982).
  45. M. Rosenberg and D. A. Mendis, J. Geophys. Res. Planets 97, 14773–14776 (1992).
  46. A. Abdikian and M. Eghbali, Indian J. Phys. 97, 7–15 (2023).
  47. M. Bacha, M. Tribeche, and P. K. Shukla, Phys. Rev. E 85, 056413 (2012).
  48. S. Bansal, M. Aggarwal, and T. S. Gill, Phys. Plasmas 27 (2020).
  49. S. Bansal, T. S. Gill, and M. Aggarwal, Contrib. Plasma Phys. 61, e202000154 (2021).
  50. G. F. Chew, M. L. Goldberger, and F. E. Low, Proc. Math. Phys. Eng. Sci. 236, 112–118 (1956).
  51. Y. Liu, S. Q. Liu, and L. Zhou, Phys. Plasmas 20 (2013).
  52. V. N. Tsytovich, “Dust plasma crystals, drops, and clouds,” PHYS-USP+ 40, 53 (1997).
  53. H. Washimi and T. Taniuti, Phys. Rev. Lett. 17, 996 (1966).
  54. P. Chatterjee, R. Ali, and A. Saha, Z. NATURFORSCH. A 73, 151–159 (2018).
  55. V. V. Yaroshenko, F. Verheest, and G. E. Morfill, Astron. Astrophys. 461, 385–391 (2007).
  56. H. Demiray, Appl. Math. Comput. 154, 665–670 (2004).
  57. M. Ferdousi, S. Sultana, and A. A. Mamun, Phys. Plasmas 22 (2015).
  58. S. V. Vladimirov, K. N. Ostrikov, and M. Y. Yu, Phys. Rev. E 60, 3257 (1999).

Summary

We haven't generated a summary for this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Summarize Now
X Twitter Logo Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Tweets