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Variational radial solutions and numerical simulations for a kinetic model of a cylindrical Langmuir probe

Authors :
Badsi, Mehdi
Crestetto, Anaïs
Godard-Cadillac, Ludovic
BADSI, Mehdi
Laboratoire de Mathématiques Jean Leray (LMJL)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Nantes université - UFR des Sciences et des Techniques (Nantes univ - UFR ST)
Nantes Université - pôle Sciences et technologie
Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Sciences et technologie
Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)
Multi-scale numerical geometric schemes (MINGUS)
École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut de Recherche Mathématique de Rennes (IRMAR)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Agro Rennes Angers
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Agro Rennes Angers
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Publication Year :
2022
Publisher :
HAL CCSD, 2022.

Abstract

We study, both theoretically and numerically, qualitative and quantitative properties of the solutions a Vlasov-Poisson system modeling the interaction between a plasma and a cylindrical Langmuir probe. In particular, we exhibit a class of radial solutions for which the electrostatic potential is increasing concave with a strong variation in the vicinity of the probe which scales as the inverse of the Debye length. These solutions are proven to exist provided the incoming distributions of particles from the plasma verify the so called generalized Bohm condition of plasma physics. It extends the study [1]. Small perturbations of the radial semi-Maxwellian incoming distributions are then investigated numerically. We notably observe potential barriers that lead to the existence of unpopulated trapped orbits and to the presence of particles that by bypass the probe. Curves of the collected current versus its applied voltage are also presented. This work is the continuity of the previous work [2] where the existence of solutions has been proven.

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Accession number :
edsair.dedup.wf.001..a16e29bfe28db0cad7a2ffe61693b9ec