Beam-plasma interaction in randomly inhomogeneous solar wind
Interaction faisceau-plasma dans un plasma aleatoirement non-homogene du vent solaire
Résumé
This thesis is dedicated to effects of plasma density fluctuations in the solar wind on the relaxation of the electron beams ejected from the Sun. The density fluctuations are supposed to be responsible for the changes in the local phase velocity of the Langmuir waves generated by the beam instability. Changes in the wave phase velocity during the wave propagation can be described in terms of probability distribution function determined by distribution of the density fluctuations. Using these probability distributions we describe resonant wave particle interactions by a system of equations, similar to well known quasi-linear approximation, where the conventional velocity diffusion coefficient and the wave growth rate are replaced by the averaged in the velocity space. It was shown that the process of relaxation of electron beam is accompanied by transformation of significant part of the beam kinetic energy to energy of the accelerated particles via generation and absorption of the Langmuir waves. We discovered that for the very rapid beams the relaxation process consists of two well separated steps. On first step the major relaxation process occurs and the wave growth rate almost everywhere in the velocity space becomes close to zero or negative. At the seconde stage the system remains in the state close to state of marginal stability enough long to explain how the beam may be preserved traveling distances over 1 AU while still being able to generate the Langmuir waves.
Dans cette thèse nous avons présenté un modèle probabiliste auto cohérent décrivant la relaxation d'un faisceau d'électrons dans un vent solaire dont les fluctuations aléatoires de la densité ont les mêmes propriétés spectrales que celles mesurées à bord de satellites. On a supposé que, le système possédait différentes échelles caractéristiques en plus de l'échelle caractéristique des fluctuations de densité. Ceci nous a permis de décrire avec précision l'interaction onde-particule à des échelles inférieures à l'échelle caractéristique des fluctuations de densité en supposant que des paramètres d'onde sont connus: notamment, la phase, la fréquence et l'amplitude. Cependant, pour des échelles suffisamment plus grandes que l'échelle caractéristique des irrégularités de densité, l'interaction des ondes et des particules ne peut être caractérisée déterminé que par des quantités statistiques moyennes dans l'espace des vitesses à savoir: le taux de croissance/amortissement et le coefficient de diffusion des particules. En utilisant notre modèle, nous décrivons l'évolution de la fonction de distribution des électrons et d'énergie des ondes de Langmuir. Le schéma 1D suggérée est applicable pour des paramètres physiques de plasma du vent solaire à différentes distances du Soleil. Ainsi, nous pouvons utiliser nos calculs pour décrire des émissions solaires de Type III, ainsi que les interactions de faisceau avec le plasma, à des distances d'une Unité Astronomique du Soleil dans l'héliosphère et au voisinage des chocs planétaires.
Origine : Version validée par le jury (STAR)