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火星弓激波上游离子回旋波的观测研究

天文学进展 2024年第2期42卷 286-298页

作者：李家威杨磊吴德金戴存礼李建平向梁罗庆宇程征伟中国科学院紫金山天文台行星科学重点实验室南京210023 中国科学技术大学天文与空间科学学院合肥230026 中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室北京100190 南京农业大学理学院南京210095 中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文重点实验室南京210023 洛阳师范学院空间物理研究所洛阳471934 洛阳师范学院电磁变换与探测重点实验室洛阳471934

离子回旋波广泛分布于火星弓激波上游,在卫星坐标系下其频率接近当地质子回旋频率,准平行于背景磁场方向传播,与在火星外逸层太阳风拾起新生H离子有关。该文基于磁流体理论,对MAVEN探测器观测到的离子回旋波进行事例分析,通过对等离子... 详细信息

离子回旋波广泛分布于火星弓激波上游,在卫星坐标系下其频率接近当地质子回旋频率,准平行于背景磁场方向传播,与在火星外逸层太阳风拾起新生H离子有关。该文基于磁流体理论,对MAVEN探测器观测到的离子回旋波进行事例分析,通过对等离子体密度扰动、速度扰动以及磁场扰动的参数拟合,发现该离子回旋波事件可用斜传播的快磁声波与平行传播的阿尔文波的叠加来解释。该文有助于进一步理解火星上游所观测到的离子回旋波相关扰动的物理本质,对其中等离子体物理过程的重新建模和数值模拟具有指导意义。

关键词：离子回旋波火星上游磁流体力学快磁声波阿尔文波慢磁声波

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火星上游离子回旋波的观测研究

火星上游离子回旋波的观测研究

作者：李家威中国科学技术大学

学位级别：硕士

离子回旋波广泛分布于火星弓激波上游,在卫星坐标系下其频率接近当地质子回旋频率,是准平行于背景磁场传播的左旋极化波,很可能是扩散的外逸层氢电离后被太阳风拾起而与太阳风相互作用激发右旋共振不稳定性的产物。从行星大气中逃逸的粒... 详细信息

离子回旋波广泛分布于火星弓激波上游,在卫星坐标系下其频率接近当地质子回旋频率,是准平行于背景磁场传播的左旋极化波,很可能是扩散的外逸层氢电离后被太阳风拾起而与太阳风相互作用激发右旋共振不稳定性的产物。从行星大气中逃逸的粒子(尤其是氢)携带有太阳系生命周期中大气组成和演化的重要信息。对于像火星这样的非磁化行星,因为它的中性外逸层延伸到太阳风等离子体中,弓激波上游拾起离子引起的损失在火星大气逃逸过程中起着重要作用。离子回旋波与拾起离子之间这种密不可分的关系,使得研究火星上游离子回旋波对研究火星大气逃逸过程有重要意义。第一章主要介绍了火星日侧空间环境、上游离子回旋波的激发机制与拾起离子,以及火星上游离子回旋波的研究现状和本文的研究内容。本文第二章首先介绍了 MAVEN卫星和研究离子回旋波所使用的仪器:磁强计(MAG)和太阳风离子分析仪(SWIA),然后详细介绍了最小方差分析方法,常用来确定太阳风中间断的法向,之后阐述了大多数研究中常用的火星上游离子回旋波的判别标准,最后详细介绍了利用输运比在高β等离子体中识别低频波的方法。本文第三章首先在MHD理论三种波模色散关系的基础上,推导出三种波模等离子体扰动与磁场扰动之间的关系,详细分析了选取的火星上游处一个典型的离子回旋波事件,结果表明,离子回旋波的振幅在0.5 nT左右、磁场垂直分量功率谱密度是平行分量功率谱密度的17.28倍,功率谱密度峰值频率为0.0827 Hz,接近当地质子回旋频率(0.0740 Hz)。利用MVA方法的分析结果显示,该离子回旋波事件中磁场扰动呈左旋圆偏振(λ1/λ2=1.13,λ2/λ3=13.16),并且准平行于背景磁场方向传播(传播角θ约为12.37°)。在场向坐标系中,若使用θ=12.37°时,理论预期的密度扰动和背景磁场方向的速度扰动大小与观测值严重不符;通过θ参数搜索,使MHD理论的预期值与观测值间的偏差最小,得到另一波矢k’,其方向为(θ=63°,φ=95°),k’与MVA所确定的波矢k间夹角为64.73°。综合三个方向的等离子体速度扰动和磁场扰动以及密度扰动的特征,该离子回旋波事件的这些扰动可用快磁声波与阿尔文波的叠加来解释。本文最后一章总结了火星上游离子回旋波观测事例的分析结果,包括相关的等离子体扰动和磁场扰动特征及其理论解释,在此研究结果的基础上,指出本研究工作的不足之处,并展望了将来火星上游离子回旋波的观测和相关理论研究。

关键词：离子回旋波火星上游磁流体力学快磁声波阿尔文波慢磁声波

HT-7 Tokamak离子回旋波和低杂波等离子体逃逸电子行为研究

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物理学报 2010年第10期59卷 7175-7181页

作者：卢洪伟胡立群周瑞杰许平钟国强林士耀王少锋中国科学院等离子体物理研究所合肥230031

HT-7Tokamak拥有离子回旋波(ICRF)和低杂波(LHW)两套加热系统.ICRF主要对加热离子有比较好的加热效果,LHW则主要是通过电子Landau阻尼加热电子.除此之外,在ICRF和LHW协同加热的条件下,可以对等离子体产生更有效的加热效果,增加等离子体... 详细信息

HT-7Tokamak拥有离子回旋波(ICRF)和低杂波(LHW)两套加热系统.ICRF主要对加热离子有比较好的加热效果,LHW则主要是通过电子Landau阻尼加热电子.除此之外,在ICRF和LHW协同加热的条件下,可以对等离子体产生更有效的加热效果,增加等离子体的聚变反应截面,增加聚变中子产额.本文报道了LHW对改善ICRF和等离子体耦合的重要作用,ICRF和LHW加热等离子体中电子温度随时间的演化过程;计算了放电过程中电子逃逸的阈值能量,分析了逃逸电子的产生过程,以及放电过程中的中子产额.研究结果发现:一定功率的LHW有助于改善ICRF和等离子体之间的耦合.ICRF和等离子体耦合情况的不同将对逃逸电子的产生率造成影响.ICRF的投入有利于增加等离子体聚变的反应截面,增加Tokamak等离子体的聚变中子产额。

关键词： Tokamak 低杂波离子回旋波逃逸电子

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离子回旋波射线轨迹分析

核聚变与等离子体物理 1999年第1期19卷 50-54页

作者：朱学光匡光力赵燕平李有宜谢纪康中国科学院等离子体物理研究所

运用离子回旋共振加热天线耦合模型，并采用波束分解的方法设定每一波束的初始条件，用射线轨迹方法计算了离子回旋波在等离子体中的功率沉积。用这种方法只需较小的射线波束。

关键词：射线轨迹波束分解托卡马克离子回旋波

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磁镜场中离子回旋波加热

科技创新与应用 2016年第33期6卷 43-44页

作者：马睿南京航空航天大学航天学院江苏南京210016

离子回旋波(ICRF)加热作为一种射频波加热手段在许多核聚变实验中扮演重要角色,文章基于冷等离子体中的色散关系,给出了磁镜场中ICRF的共振与截止的理论表达式,探讨共振区与截止区随磁场强度、射频频率、离子成分等参数变化时的分布特... 详细信息

离子回旋波(ICRF)加热作为一种射频波加热手段在许多核聚变实验中扮演重要角色,文章基于冷等离子体中的色散关系,给出了磁镜场中ICRF的共振与截止的理论表达式,探讨共振区与截止区随磁场强度、射频频率、离子成分等参数变化时的分布特性。实验表明,射频频率,磁场强度会引起共振区的扩张和收缩,离子成分对截止区宽度影响显著。

关键词：离子回旋波色散关系共振加热截止区

HL-1M装置离子回旋波注入实验的边缘参数测量

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中国核科技报告 1998年第S3期 3-5页

作者：严龙文杨式坤钱俊王恩耀

为了提高等离子体温度和密度,在高参数下从事托卡马克等离子体物理研究,在HL-1M装置上进行低杂波加热和电子回旋波加热的基础上,我们最近开展了离子回旋波注入和中性束注入加热实验,以及弹丸注入加料和分子束注入(MBI)加料实验,特别是... 详细信息

为了提高等离子体温度和密度,在高参数下从事托卡马克等离子体物理研究,在HL-1M装置上进行低杂波加热和电子回旋波加热的基础上,我们最近开展了离子回旋波注入和中性束注入加热实验,以及弹丸注入加料和分子束注入(MBI)加料实验,特别是在后者的实验中获得了很高的粒子和能量约束时间。

关键词：朗谬尔探针边缘等离子体离子回旋波弹丸加料

TMR中高能α粒子捕获共振Alfven离子回旋波不稳定性

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云南工业大学学报 1990年第Z1期7卷 128-132页

作者：卡伯达林景福州大学

本文讨论了串接磁镜反应堆(TMR)中,高能α粒子对Alfven离子回旋波不稳定性的影响,解析结果表明,当捕获反弹的α粒子与离子回旋波发生捕获共振时,离子回旋波将变成不稳定。这种非局域效应将导致高能α粒子的损失,结果大大降低了TMR对高... 详细信息

本文讨论了串接磁镜反应堆(TMR)中,高能α粒子对Alfven离子回旋波不稳定性的影响,解析结果表明,当捕获反弹的α粒子与离子回旋波发生捕获共振时,离子回旋波将变成不稳定。这种非局域效应将导致高能α粒子的损失,结果大大降低了TMR对高能α粒子的约束能力。

关键词：不稳定性离子回旋波共振现象粒子捕获粒子分布线性化等离子体中高能共振条件非局域效应

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HT－6M装置上离子回旋波的传播和吸收

核聚变与等离子体物理 1995年第1期15卷 27-36页

作者：沈学民沈林放中国科学院等离子体物理所

本文从波与粒子相互作用的线性理论出发，结合ＨＴ－６Ｍ托卡马克少数离子为氢，基本离子为氘［Ｈ（Ｄ）］的等离子体离子回旋共振加热（ＩＣＲＨ）为例，讨论了离子回旋波在这特定的等离子体中传播、吸收与少数离子氢的浓度ＲＨ（定义... 详细信息

本文从波与粒子相互作用的线性理论出发，结合ＨＴ－６Ｍ托卡马克少数离子为氢，基本离子为氘［Ｈ（Ｄ）］的等离子体离子回旋共振加热（ＩＣＲＨ）为例，讨论了离子回旋波在这特定的等离子体中传播、吸收与少数离子氢的浓度ＲＨ（定义为ｎＨ／ｎｅ，ｎＨ为氢离子密度，ｎｅ是等离子体总密度）和平行波数ｋ‖的关系。文中最后还给出了ＨＴ－６Ｍ托卡马克离子回旋共振加热的优化实验方案。

关键词：离子回旋波等离子体吸收传播 HT-6M装置

托卡马克等离子体非全吸收离子迴旋波的耦合计算

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物理学报 1995年第4期44卷 570-580页

作者：沈学民中国科学院等离子体物理研究所合肥230031

详细地讨论了托卡马克等离子体对离子迴旋波非全吸收,离子迴旋共振加热天线为三维模型的条件下,离子迴旋波与等离子体的耦合问题。与全吸收等离子体模型(或称单次吸收模型)所计算得到的结果相比,本文得到的波的驻波场的解及耦合阻抗谐... 详细信息

详细地讨论了托卡马克等离子体对离子迴旋波非全吸收,离子迴旋共振加热天线为三维模型的条件下,离子迴旋波与等离子体的耦合问题。与全吸收等离子体模型(或称单次吸收模型)所计算得到的结果相比,本文得到的波的驻波场的解及耦合阻抗谐振特性的理论计算结果与中小型托卡马克实验所观察到的现象更为接近。

关键词：托卡马克等离子体离子回旋波耦合