非平衡分布等離子中調(diào)制坍塌動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、摘要II摘要探索等離子體湍動(dòng)的誘發(fā)機(jī)制和描述等離子體的湍動(dòng)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(dòng)物理現(xiàn)象，如太空中觀測(cè)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(dòng)，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(dǎo)致等離子體湍動(dòng)串級(jí)的重要機(jī)制之一。此外在天文觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)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(jì)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(guò)程，獲得其中的物理演化圖像和特征量，將能為相關(guān)實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)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(chǎng)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(zhǔn)靜態(tài)極限下的自生磁場(chǎng)的坍塌動(dòng)力學(xué)演化圖像以及分析了超熱電子對(duì)非線性湍動(dòng)問(wèn)題的影響。結(jié)果表明調(diào)制不穩(wěn)

3、定性將導(dǎo)致低頻電磁包絡(luò)場(chǎng)坍塌，局部高漲的有質(zhì)動(dòng)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(chǎng)演化成高度局域化的湍動(dòng)磁流；超熱指數(shù)會(huì)影響坍塌的特征時(shí)標(biāo)，當(dāng)超熱指數(shù)很小的時(shí)候，即超熱粒子越多系統(tǒng)的自由能越大的時(shí)候，隨著超熱粒子的增多使得自生磁場(chǎng)坍塌加快，強(qiáng)度變強(qiáng)，局域化越明顯。其次，基于流體理論，采用雙時(shí)標(biāo)的方法，從理論上導(dǎo)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(guò)采用數(shù)值差分法對(duì)該控制方程進(jìn)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(chǎng)最終坍塌成高度局域化的非線性結(jié)構(gòu)；同時(shí)朗繆爾波由小波數(shù)向大波數(shù)轉(zhuǎn)移，形成湍動(dòng)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(shí)標(biāo)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(chǎng)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