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极化力对尘埃阿尔芬波模的影响

极化力对尘埃阿尔芬波模的影响

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作者：夏晨南昌大学

学位级别：硕士

等离子体是物质的第四态,在工业制造、天体物理及可控核聚变工程等多个科研与应用领域中具有广泛的应用前景。等离子体独特的环境中蕴含着大量波动现象,而波动性质及其伴随的非线性效应一直是等离子体领域的核心研究内容。阿尔芬波(AWs... 详细信息

等离子体是物质的第四态,在工业制造、天体物理及可控核聚变工程等多个科研与应用领域中具有广泛的应用前景。等离子体独特的环境中蕴含着大量波动现象,而波动性质及其伴随的非线性效应一直是等离子体领域的核心研究内容。阿尔芬波(AWs)是磁化等离子体中最重要的波之一,普遍存在于托卡马克装置和空间等离子体环境中,可用来解释等离子体环境中许多物理现象,比如:太阳风加速、彗尾、土星环等。尘埃等离子体内的波动现象一直是学者们的研究热点,在这一领域中,可以观察到很多非线性现象,包括孤立波、湍流以及等离子体振荡等。本论文围绕尘埃阿尔芬波模,分别从色散关系和阿尔芬波结构的角度研究极化力对尘埃惯性阿尔芬波和尘埃动力学阿尔芬波的影响,该研究结果可以为解释空间等离子体的阿尔芬波现象提供理论方面的支持。本论文首先从双成分流体动力学模型出发,推导了在电子耗尽尘埃等离子体环境中,极化力表达式以及尘埃惯性阿尔芬波(DIAWs)的色散关系及赝势方程。在此赝势方程基础上,对DIAWs的结构进行数值分析。结果表明,DIAWs的色散关系主要由离子惯性所决定;极化力增加只会导致Sagdeev势阱的深度减小以及孤波结构的宽度增大;对于亚阿尔芬速度的尘埃惯性阿尔芬波(subAlfvénic DIAWs)结构,尘埃马赫数增加可以导致sub-Alfvénic DIAWs的振幅和宽度增加,传播角度增加会导致sub-Alfvénic DIAWs的振幅减小;对于超阿尔芬速度的尘埃惯性阿尔芬波(super-Alfvénic DIAWs)结构,尘埃马赫数增加使得super-Alfvénic DIAWs的振幅增加,传播角度增加会导致super-Alfvénic DIAWs结构的振幅和宽度均有较明显的减小。然后,在电子耗尽尘埃等离子体环境下,考虑离子遵循麦氏分布,结合麦克斯韦方程组,给出了尘埃动力学阿尔芬波(DKAWs)的色散关系及赝势方程,并研究了在极化力作用下DKAWs的色散关系和孤波结构变化。研究结果表明,极化力作用使得DKAWs的色散关系有明显增大,即导致DKAWs的相速度下降;DKAWs赝势势阱的深度在极化力的作用下也明显增大。该研究结果有助于进一步理解实验室等离子体、尘埃等离子体系统、土星环和彗星尾等环境中阿尔芬波的线性与非线性结构,对空间等离子体的阿尔芬波传播现象等问题提供一定理论参考。

关键词：尘埃惯性阿尔芬波尘埃动力学阿尔芬波极化力孤立波

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