Study of kinetic Alfvén wave instabilities in a Lorentzian multi-component plasma

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung von kinetischen Alfvén Wellen im Rahmen eines Zwei-Potential-Ansatzes, wobei Effekte berücksichtig werden, die durch endliche Larmorradien in einem homogenen mit Staub durchsetzten Lorentz-Plasma hervorgerufen werden. Ein Überblick über die Theorie linearer, kinetischer Alfven-Wellen, unter der Berücksichtigung des Gyrationsradius der Teilchen, wird in der Arbeit gegeben. Ein Plasma mit einem Überschuss an superthermischen Teilchen wird generell durch ein erhöhtes Niveau im hochenergetischen Teil der Verteilungsfunktion beschrieben. Solche Verteilungsfunktionen wurden im Labor sowie verschiedensten astrophysikalischen Anwendungen beobachtet. Beschrieben werden diese nicht-Maxwell-Verteilungsfunktionen durch sogenannte Kappa-Verteilungsfunktionen. Ein Ergebnis der Untersuchungen ist, dass der Parameter Kappa keinen EInfluss auf die Dispersionseigenschaften im MHD-Regime hat. Im kinetischen Regime jedoch zeigen sich signifikante Unterschiede durch die Kappa-Verteilung. Die geladenen Staubteilchen sind durch elektrische und magnetische Felder mit dem Plasma gekoppelt und sind verantwortlich für Störungen im Frequenzspektrum von niederfrequenten Alfvén-Wellen. Die Reaktion des Plasmas mittels einer Polarisations-Drift der transversen Magnetfeldlinien führt zur Ausbildung der sogenannten Staub-kinetischen Alfvén-Wellen (DKAW). Eine Dispersionsrelation der niederfrequenten DKAW in einem mit Staub durchsetzten kalten Plasma wird hergeleitet. Es hat sich gezeigt, dass die angenommene Funktionalität der Verteilungsfunktion keine Auswirkung auf die Stabilitätseigenschaften der DKAW hat. Die Kopplung von KAW/DKAW mit Doppler-verschobenen Ionen führt zur KAW/DKAW Instabilität. Insbesondere wurden analytische Ausdrücke für verschiedene Ausbreitungsmoden, wie Zweistrominstabilität (TSI), Staub-Akustische Moden (DA) und "Whistler"-Wellen, hergeleitet.This thesis is focused on the study of kinetic Alfvén waves (KAW) with finite Larmor radius effects in a homogeneous Lorentzian dusty plasma by employing two potential approach. An overview of the linear theory of kinetic Alfvén waves is presented, including the particle?s gyroradius or inertial effects. Plasmas with an excess of superthermal particles are generally characterized by long tails in the high energy region and can be observed in a laboratory, astrophysical and space plasmas which are modelled by non-Maxwellian distribution functions, i e. kappa distribution function. It is found that the Lorentzian index is insensitive to the MHD part of the dispersion characteristics, while it significantly affects the kinetic part of the dispersion relation. The charged dust grains are coupled to the plasma via the electric and magnetic fields and are largely responsible for the disturbances in the frequency spectrum of very low frequency Alfvén waves through its inertia and cyclotron frequency. The response of the dust fluid via its polarization drift to the transverse magnetic field line perturbations leads to the appearance of dust kinetic Alfvén waves (DKAW). A dispersion relation of low-frequency DKAW on the dust acoustic velocity branch is obtained in a low beta Lorentzian plasma. Damping/instability due to dust charge fluctuation is found to be insensitive with the form of distribution function for DKAW. It has been shown that coupling of KAW/DKAW and Doppler shifted kappa ions give rise to KAW/ DKAW instability. In particular, analytical expressions under certain conditions are derived for various modes of propagation for KAW comprising of two stream instability (TSI), dust acoustic (DA) and the whistler waves.by Nazish RubabAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassung in dt. u. engl. SpracheGraz, Univ., Diss., 2011OeBB(VLID)21574