共振和碰撞效應(yīng)對Weibel不穩(wěn)定性的影響.pdf

1、在慣性約束聚變、磁約束聚變、天體物理實驗探索、軍事和工業(yè)生產(chǎn)方面，等離子體得到了廣泛的研究和應(yīng)用。等離子體中的波動現(xiàn)象非常豐富，會出現(xiàn)線性和非線性相互作用，這是等離子體物理研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)。針對等離子體波，粒子速度各向異性是一種非常常見的現(xiàn)象，粒子不均勻性分布易誘發(fā)等離子體不穩(wěn)定性。Weibel不穩(wěn)定性就是由于電子速度（或溫度）各向異性分布而導(dǎo)致的一種電磁不穩(wěn)定性。Weibel不穩(wěn)定性發(fā)展到一定程度，等離子體將發(fā)生強烈的箍縮，形成高密度

2、的細絲狀，這種成絲過程在許多非磁化等離子體中都廣泛存在。不僅如此，Weibel不穩(wěn)定性還能形成準靜態(tài)的自生磁場，這在受控熱核聚變、快點火等相關(guān)裝置中普遍存在。近年來，Weibel不穩(wěn)定性的研究有了更為深入地進展，這也成為了等離子體不穩(wěn)定性研究的一個熱點，可以為物理和實驗觀測等提供重要的理論支持和指導(dǎo)。本論文研究了速度（或溫度）各向異性等離子體中共振和庫侖碰撞效應(yīng)對Weibel不穩(wěn)定性的影響。
　　論文首先介紹了等離子體物理的基本概

3、念和特性、研究方法、不穩(wěn)定性種類以及幾種常見的不穩(wěn)定性，如磁鏡不穩(wěn)定性和電磁不穩(wěn)定性；Weibel不穩(wěn)定性的產(chǎn)生機制和意義，Weibel不穩(wěn)定性的應(yīng)用及研究進展。
　　然后，基于 Vlasov-Maxwell等離子體動理學理論，從玻爾茲曼方程出發(fā)，在逆流等離子體中，導(dǎo)出了 Weibel不穩(wěn)定性色散關(guān)系。在不同的溫度各向異性程度和電子平行熱速度以及束流的速度下，導(dǎo)出色散關(guān)系的本征值，得到了Weibel不穩(wěn)定性的增長率。結(jié)果顯示，在逆

4、流等離子體中，Weibel不穩(wěn)定性具有很多不同于非逆流等離子體中的特性，逆流等離子體對 Weibel不穩(wěn)定性波模具有影響，隨著橫向溫度的衰減，Weibel不穩(wěn)定性在沿著逆流的方向逐漸變得明顯?；贚azar在2009年的研究，我們發(fā)現(xiàn)在波數(shù)很大的情況下，當有限實頻率不為零時，Weibel不穩(wěn)定性此時是共振的。當?shù)入x子體束流的速度越來越大，以致群速度比平行熱速度大時，此時共振現(xiàn)象愈發(fā)的明顯。研究顯示，Weibel不穩(wěn)定性的共振只在流束的群

5、速度遠大于等離子體平行熱速度（或者與平行熱速度可比擬）的情況下出現(xiàn)。
　　最后，在空間無限、非磁化等離子體中，考慮速度各向異性，討論了Fermi-Dirac分布等離子體中的Weibel不穩(wěn)定性。對于任意簡并態(tài)，利用數(shù)值分析方法得到了 Weibel不穩(wěn)定性增長率，發(fā)現(xiàn)增長率隨著各向異性度的降低而減小；此外，在非簡并態(tài)極限下，研究結(jié)果可以退化到高溫極限下的麥氏分布情況。該結(jié)論對于強激光與等離子體相互作用的實驗研究具有一定的理論參考價值

6、。等離子體中不同粒子間的碰撞可以引起等離子體性質(zhì)改變，甚至出現(xiàn)各種等離子體集體現(xiàn)象，如相關(guān)波的不穩(wěn)定性等。因此，本論文還考慮了電子-離子的庫侖碰撞效應(yīng)，研究了非相對論電子Fermi-Dirac分布的各向異性等離子體中的Weibel不穩(wěn)定性。基于經(jīng)典動理學理論，得到了Fermi-Dirac分布等離子體中Weibel不穩(wěn)定性的色散關(guān)系，導(dǎo)出了增長率的解析表達式，討論了電子-離子庫侖碰撞對Weibel不穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明碰撞頻率對不穩(wěn)定性