Instability of ion-cyclotron waves in a 2D magnetospheric plasma with anisotropic temperature

Abstract

Dispersion equation is analyzed for field aligned ion-cyclotron waves in a two-dimensional (2D) magnetospheric plasma with circular magnetic field lines. The steady-state bi-Maxwellian distribution function is used to model the energetic protons in a hydrogen plasma at the geostationary orbit. As in the uniform magnetic field, the growth rate of the proton-cyclotron instability (PCI) in a 2D magnetospheric plasma is defined by the contribution of the energetic ions/protons to the imaginary part of the transverse permittivity elements. It is shown that the PCI growth rate in 2D axisymmetric magnetosphere can be significantly smaller than that is for the straight magnetic field case with the same macroscopic bulk parameters.

Проаналізовано дисперсійне рівняння для іонно-циклотронних хвиль, які поширюються вздовж геомагнітного поля у двовимірній (2D) магнітосферній плазмі з силовими лініями магнітного поля у вигляді кола. Бімаксвелівська функція розподілу використана при моделюванні розподілу енергійних протонів у водневій плазмі поблизу геостаціонарних орбіт. Як і у випадку однорідного магнітного поля, інкремент зростання протонно-циклотронної нестійкості (ПЦН) у 2D магнітосфері визначається внеском енергійних протонів в уявну частину поперечної діелектричної проникливості. Доведено, що інкремент ПЦН у 2D аксіально-симетричній магнітосфері може бути значно нижчим, ніж для плазми у прямому магнітному полі з тими ж самими макроскопічними параметрами.

Проанализировано дисперсионное уравнение ионно-циклотронных волн, распространяющихся параллельно геомагнитному полю в двумерной (2D) магнитосферной плазме с круговыми силовыми линиями удерживающего магнитного поля. Бимаксвелловская функция распределения использована при моделировании распределения энергичных протонов в водородной плазме вблизи геостационарных орбит. Как и в однородном магнитном поле, инкремент нарастания протонно-циклотронной неустойчивости (ПЦН) в 2D магнитосфере определяется вкладом энергичных протонов в мнимую часть поперечной диэлектрической проницаемости. Показано, что инкремент ПЦН в 2D аксиально-симметричной магнитосфере может быть значительно ниже, чем для плазмы в прямом магнитном поле с теми же макроскопическими параметрами.