电子相空间空洞的数值模拟研究空间物理专业论文.docxVIP

研究生优秀毕业论文 中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确 作者签名： 攀 的说明。 签字日期： 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学 位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 必威体育官网网址的学位论文在解密后也遵守此规定。 签字目期： 桦 签字日期： 伽(C、6。％ 导师签名：型丛竺 万方数据 摘要摘要 摘要 摘要 磁场重联是等离子体中一种重要的能量转换过程，它将磁能快速转换为粒子 的动能和热能，同时磁场的拓扑位形发生改变。磁场重联通常会产生粒子束流， 激发等离子体不稳定性和波动。电子束流不稳定性(Electron beam instability)作 为一种非常重要的不稳定性，常常伴随着磁场重联出现，对它的研究有助于我们 更好地理解快速磁场重联等重要的空间物理关心的现象。在本文中，我们首先在 第二章探讨了二维电子束流不稳定性的性质，重点关注产生的电子相空间空洞的 条件，在电子相空间空洞中，电子相空间分布形状如“漏斗状”，其平行电场呈 双极结构的静电孤立结构(Electron solitary structure)，在第三章我们研究了在 均匀等离子体中离子对电子相空间空洞演化的影响，最后在第四章里面我们进一 步研究了在磁场重联中的产生的电子相空间空洞的性质。 1、电子束流不稳定性 利用二维静电程序，我们研究了电子束流不稳定性不同参数条件下的性质： (1)背景和束流电子的密度相同，并且都是冷电子时，激发的是双流不稳定性 (Two．stream instability)，在非线性阶段会产生电子相空间空洞(Electron phase．space hole)，这些电子空洞除平行电场呈双极分布外，在强磁化等离子体 中垂直方向电场产生的是四极结构，在弱磁化等离子体中垂直方向电场产生的是 双极结构；(2)当考虑背景和束流电子都有相同的热速度的热流不稳定性(Warm beam instability)时，不稳定的激发需要电子束流速度大于约1．4倍的电子热速度， 并在非线性阶段产生电子相空间空洞；(3)当研究束流的密度远小于背景电子密 度的弱流不稳定性(Weekbeam instability)时，则激发的是朗缪尔波。 2、均匀等离子体中离子对电子相空间空洞的影响 我们研究了离子效应对电子空洞演化的影响，发现在弱磁化条件下，电子相 空间空洞是因为切向不稳定性从而扭曲破裂：然而在强磁化条件下，对电子空洞 演化起到决定性影响作用的就是低混杂波了。 此外，通过二维电磁程序我们得到了在电子双流不稳定性的过程中产生的电 子相空间空洞。重点探讨了和电子相空间空洞相关的磁场信号特征。除了能看到 E．，的单极结构和E。的双极结构，由于切向不稳定性(Transverse instability)的 影响还能看到单极的E．的存在。在强磁化背景下，由于静电波产生的电子电流 主导了扰动磁场的变化，万B，和万B，，具有条纹结构，但是艿日；，强度太弱以至于难 以看到。产生扰动磁场占B，和6艿，，的机制主要是电子相空间空洞里面捕获的电子 在Z方向的漂移运动产生电流引起的。而另外一个扰动磁场分量8B，的产生则是 因为电子相空间空洞整体的宏观传播导致的。另外我们还发现在弱磁化等离子体 中，电子的温度各向异性会激发电磁哨声波模(Electromagnetic whistler wave)， 万方数据 万方数据 万方数据 摘要电磁哨声波对电子空洞的结构也构成了一定的影响。 摘要 电磁哨声波对电子空洞的结构也构成了一定的影响。 利用二维(x．y平面)静电模型，我们研究了电子相空间空洞的耗散和电子 的加热机制。电子相空间空洞会因为切向不稳定性发生耗散，这种耗散可以分为 两个阶段。在第一个阶段里，随着切向不稳定性的激发，电场垂直方向分量B 增长并且显现出单极结构，电子相空间空洞发生扭曲形变，电子在穿过电子相空 间空洞时被垂直电场日散射，电子在垂直方向被加热。在第二个阶段，电子相 空间空洞从一个一维的结构破裂成许多二维的电子空洞，电子空洞外部的电子温 度开始升高。