非平衡分布等離子中調(diào)制坍塌動力學研究.pdf

1、摘要II摘要探索等離子體湍動的誘發(fā)機制和描述等離子體的湍動演化是等離子體物理的重要課題?；赯akharov模型，研究等離子體中湍動物理現(xiàn)象，如太空中觀測到的朗繆爾振幅調(diào)制和激光等離子體中的孤立波等。研究表明，等離子體中多尺度耦合非線性相互作用極易誘發(fā)等離子體湍動，調(diào)制不穩(wěn)定性是誘發(fā)等離子體波不穩(wěn)定的重要因素，其中非線性調(diào)制坍塌是導致等離子體湍動串級的重要機制之一。此外在天文觀測和實驗室等離子體中觀察到的快電子爆發(fā)和耀斑現(xiàn)象，這些現(xiàn)象不

2、能被現(xiàn)有的統(tǒng)計分布所描述。因此，本文基于天體和激光等離子體中的非平衡分布，研究其中波－波和波－粒非線性相互作用誘發(fā)的調(diào)制坍塌過程，獲得其中的物理演化圖像和特征量，將能為相關(guān)實驗和觀測研究提供理論參考。首先，基于Kappa分布等離子體中的自生磁場控制方程，分析了Kappa分布等離子體中波－波和波－粒相互作用誘發(fā)的低頻非線性流。采用差分法研究準靜態(tài)極限下的自生磁場的坍塌動力學演化圖像以及分析了超熱電子對非線性湍動問題的影響。結(jié)果表明調(diào)制不穩(wěn)

3、定性將導致低頻電磁包絡(luò)場坍塌，局部高漲的有質(zhì)動力使得等離子體密度局部稀化等離子體形成局域化非線性腔體結(jié)構(gòu)；自生電磁包絡(luò)場演化成高度局域化的湍動磁流；超熱指數(shù)會影響坍塌的特征時標，當超熱指數(shù)很小的時候，即超熱粒子越多系統(tǒng)的自由能越大的時候，隨著超熱粒子的增多使得自生磁場坍塌加快，強度變強，局域化越明顯。其次，基于流體理論，采用雙時標的方法，從理論上導出了描述雙溫電子等離子體中朗繆爾波、電磁波和電聲波之間波波非線性相互作用雙溫電子Zakha

4、rov方程。通過采用數(shù)值差分法對該控制方程進行了求解。結(jié)果表明朗繆爾波、電磁波和電聲波是調(diào)制不穩(wěn)定的，電磁場最終坍塌成高度局域化的非線性結(jié)構(gòu)；同時朗繆爾波由小波數(shù)向大波數(shù)轉(zhuǎn)移，形成湍動花樣；電聲波最終塌縮成腔子結(jié)構(gòu)，由于其具有很高的能量及特征時標與電子匹配，將能有效地加速電子。另一方面，采用差分方法數(shù)值研究了在廣義Zakharov方程系統(tǒng)中駐波形式解的演化規(guī)律。數(shù)值結(jié)果表明，電場波包在x方向的分量上呈現(xiàn)駐波振幅調(diào)制的演化規(guī)律，在y方向分