Mode-impedance technique for modeling of electromagnetic wave propagation in plasmas

Abstract

The impedance technique, also known as the particular case of the invariant embedding approach, is generalized for modeling of electromagnetic wave propagation in the anisotropic and gyrotropic media with spatial dispersion such as hot magnetized plasmas. That provides a new way for analytical and numerical studies of “full wave” problems in plasma physics that require exact solutions of Maxwell equations. Coupling of electromagnetic and electrostatic plasma modes in electron cyclotron range is considered as an example of application of the proposed technique.

Предложена удобная и физически прозрачная формулировка метода инвариантного погружения для решения задач распространения электромагнитных волн в средах с анизотропным и гиротропным диэлектрическим откликом с пространственной дисперсией, в частности, в горячей магнитоактивной плазме. Новый метод может быть использован для аналитических и численных расчетов “полноволновых” проблем физики плазмы, требующих решения полной системы уравнений Максвелла. В качестве примера такого приложения рассмотрена проблема взаимодействия электромагнитных и электростатических плазменных мод в электронном циклотронном диапазоне частот.

Запропонованo зручне та фізично прозоре формулювання методу інваріантного занурення для вирішення завдань поширення електромагнітних хвиль у середовищах з анізотропним та гіротропним діелектричним відгуком з просторовою дисперсією, зокрема, у гарячій магнітоактивній плазмі. Новий метод може бути використаний для аналітичних та чисельних розрахунків “повнохвильових” проблем фізики плазми, що потребують вирішення повної системи рівнянь Максвелла. Як приклад такого застосування розглянутo проблемy взаємодії електромагнітних та електростатичних плазмових мод в електронному циклотроному діапазоні частот.