No uniformidades y estabilidad lineal de contactores esféricos en plasmas no magnetizados

Abstract

Se estudia la estabilidad y respuesta dinámica lineales de configuraciones estacionarias de dos plasmas a contracorriente con una capa electrostática doble (CD) intermedia y delgada, que se forman en torno a un contactor de plasma. Se considera el caso específico de un contactor anódico con simetría esférica en un plasma no magnetizado. Se realiza primero una revisión del modelo estacionario que incluye algunas aportaciones novedosas sobre la influencia de los haces de partículas acelerados por la CD en la solución y sobre los límites de validez del modelo. La respuesta dinámica se estudia con un modelo de pequeñas perturbaciones en armónicos esféricos. Se analiza el comportamiento tanto de los modos radiales (unidimensionales) como de los modos oblicuos (tridimensionales) en dos límites temporales distinguidos: frecuencias iónicas (dominio de la dinámica de iones con electrones cuasiestacionarios) y frecuencias electrónicas (dominio de la dinámica de electrones con iones cuasirrígidos). Para cada caso se obtienen las condiciones de contorno en el contactor, en el infinito y en la CD móvil. Estas últimas incluyen el efecto del desplazamiento de la CD en las condiciones de Langmuir y de Bohm no estacionarias. Se presentan soluciones numéricas y soluciones asintóticas tipo WKB. En cada rango de frecuencias, la respuesta del plasma consiste en una combinación de modos, de características distintas a cada lado de la CD pero acoplados a través de ésta. Para frecuencias altas la CD se hace cuasirrígida por efecto de los iones confinados, y la transmisión de perturbaciones se realiza a través de los haces que la cruzan. En el límite de frecuencia cero, se obtienen las soluciones estacionarias con falta leve de simetría esférica. El resultado principal de la Tesis es que, en todo el rango usual de parámetros de la solución estacionaria, se presentan una inestabilidad de corriente electrón-electrón, y una inestabilidad ion-electrón oblicua, más débil; la inestabilidad de Buneman, propuesta por varios autores como la inestabilidad principal, no puede existir. El comportamiento peculiar de la CD es determinante en el desarrollo de las inestabilidades