非均匀等离子体中的低杂漂移波的研究

摘要

在电流片中能够激发各种微观不稳定性，这些微观不稳定性可能导致的反常电阻在无碰撞等离子体的磁重联初始发生阶段起着重要的作用。特别是低杂漂移波不稳定性被广泛的认为是最有可能产生反常电阻的源。另外实验上也测量到了磁重联时低杂漂移波的存在，并发现它对磁重联有重要影响。然而关于低杂漂移波对磁场重联贡献的整个物理内涵的理解仍然不是很清楚。
　　 本文主要运用动理学理论研究含有多种离子成份等离子体电流片中的线性低杂漂移波不稳定性以及利用双流体理论研究非均匀等离子体中的非线性低杂漂移波，讨论电流片位形以及多种粒子成分对低杂漂移波的影响，主要有以下六个方面的内容：
　　 1、概述电流片中微观不稳定性的重要性、研究进展以及近期研究热点，重点介绍了低杂漂移波不稳定性的理论和实验研究进展。
　　 2、在局域近似下利用动理学理论去研究三粒子成份Harris电流片中的低杂漂移不稳定性。首先由0阶Vlasov方程和安培方程得到三成分粒子的Harris电流片位形；然后在局域近似下得到含负离子的Harris电流片中的线性低杂漂移模的色散关系，对其数值求解发现发现随着负离子密度的增加，增长率增加，实频减小，另外这支波只能在很小的kz范围内会不稳定，即几乎垂直磁场传播。
　　 3、针对空间观测表明磁重联、磁层亚爆发生时电流片中O+含量很大甚至能占主导地位这一事实，利用非局域动理学理论研究含O+电流片中的低杂漂移模，发现最快增长的低杂漂移模的增长率随O+密度和温度的变化都是非单调的，增长率随O+密度和温度的增加会出现一个最小值。
　　 4、利用动理学理论对Kappa分布电流片中的中间波段(ky√ρeρi～1)的线性低杂漂移波不稳定性进行研究。从线性的Vlasov-Maxwell方程组得到含微积分的本征值方程，并利用本征函数的有限元展开去求解，结果表明Kappa分布电流片中心区的不稳定的低杂漂移波模具有对称性和电磁扰动，同时热离子的引入(即k值的减小)减小了最快增长的低杂漂移模的增长率并修正这支模的结构。
　　 5、运用动理学理论研究含引导场等离子体中的线性低杂漂移模，发现引导场(-B)y的存在导致了本征模(本征函数)和扰动磁场原本存在的奇偶对称性被破坏。另外，引导场的存在增加了增长率、本征模幅度尤其是(-A)z分量幅度和低杂漂移模的电磁分量。
　　 6、利用双流体理论研究非均匀等离子中的非线性低杂漂移孤立波，采用漂移近似得到电子速度，并结合准中性条件得到描述非线性低杂漂移孤立波的Kdv方程，结果表明随着电子温度(密度)越来越不均匀，孤子的幅度和宽度减小，并且幅度最后趋于一个渐近值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1概述

1.2电流片中的微观不稳定性

1.3低杂漂移波不稳定性的研究进展

1.3.1低杂漂移波不稳定性的实验研究

1.3.2低杂漂移波不稳定性的理论研究进展

1.4本论文的研究内容

第二章多离子成分等离子体中低杂漂移波的局域动理学研究

2.1背景介绍

2.2多离子成份Harris电流片

2.3多离子成份等离子体中局域线性低杂漂移模

2.3.1基本方程

2.3.2局域线性色散关系

2.3.3线性不稳定性和增长率

2.4本章小结

第三章非局域动理学理论研究多离子成分低杂漂移模

3.1背景介绍

3.2非局域线性色散关系

3.3非局域低杂漂移模的数值研究

3.3.1低杂漂移模的结构

3.3.2线性增长率

3.4本章小结

第四章Kappa分布电流片中的低杂漂移波不稳定性

4.1概述

4.2 Kappa分布电流片

4.3 Kappa分布电流片中的低杂漂移波不稳定性

4.3.1 κ对增长率的影响

4.3.2 κ对扰动场的影响

4.4本章小结

第五章 含引导场等离子体中的低杂漂移模的研究

5.1背景介绍

5.2线性低杂漂移模的基本方程和色散关系

5.3数值研究

5.3.1模结构的对称性破缺

5.3.2引导场对增长率的影响

5.4本章小结

第六章 等离子体中的低杂漂移孤立子

6.1概述

6.2基本方程

6.3非线性低杂漂移孤立子

6.3.1电子温度梯度对孤子的影响

6.3.2密度梯度对孤子的影响

6.4本章小结

第七章总结与展望

7.1本文主要结论

7.2展望

参考文献

致谢