Режимы и спектры черенковской пучковой неустойчивости в нелинейной плазме

Исследована нелинейная эволюция произвольного начального возмущения при развитии черенковской пучковой неустойчивости в замагниченной поперечно-ограниченной пучково-плазменной системе. Рассмотрены одночастичный, коллективный и апериодический режимы данной неустойчивости. Для случаев квазимонохроматического, импульсного и шумового начальных возмущений рассчитаны нелинейные пространственные спектры волн, возбуждаемых на разных этапах развития пучковой неустойчивости в плазме. Рассмотрены формирование и разрушение регулярных структур в пучке и в плазме на развитой нелинейной стадии процесса. Обнаружено, что нелинейность плазмы приводит к перекачке энергии возмущений в коротковолновую область спектра. Показано, что шумовое начальное возмущение имеет при развитии пучковой неустойчивости тенденцию к монохроматизации, тогда как возмущение импульсного типа имеет тенденцию к сохранению своей формы. Исследован процесс трансформации монохроматических пространственных возмущений в процессе неустойчивости в квазимонохроматические плазменные волны.

We study the nonlinear evolution of arbitrary initial disturbance due to development of the Cherenkov beam instability in magnetized plasma-beam system of a finite transverse size. Single-particle, collective, and aperiodic regimes of this instability are considered. We calculate nonlinear spatial spectra of the waves excited at different stages of development of the beam instability in the plasma for the cases of quasi-monochromatic, pulsed, and noise initial disturbances. We analyze formation and decay of regular structures in the beam and plasma at the developed nonlinear stage of the process. We find that the plasma nonlinearity leads to the transfer of disturbance energy to the short-wave region of the spectrum. We show that, due to the development of the beam instability, a noise initial disturbance tends to become more monochromatic, whereas the shape of a pulsed one tends to remain unchanged. Transformation of monochromatic spatial disturbances into quasi-monochromatic plasma waves in the course of the instability development.