磁重聯(lián)中的電子加速和動(dòng)力學(xué)Alfven孤波的數(shù)值研究.pdf

1、磁場(chǎng)重聯(lián)作為一種能將磁能快速轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和熱能的機(jī)制，其概念已被物理學(xué)家廣泛接受，并為各種直接或者間接的觀測(cè)所證明。而磁場(chǎng)重聯(lián)中的高能離子和電子加速機(jī)制一直以來(lái)都是一個(gè)重要的研究課題。 太陽(yáng)耀斑中的各種輻射現(xiàn)象說(shuō)明在這類爆發(fā)事件中有相當(dāng)強(qiáng)的高能量的電子產(chǎn)生。磁場(chǎng)重聯(lián)作為一種重要的耀斑觸發(fā)機(jī)制，和耀斑過(guò)程中的這些電磁輻射現(xiàn)象有著密切關(guān)系。觀測(cè)表明，耀斑中電子加速發(fā)生在軟X射線耀斑環(huán)上方的磁重聯(lián)區(qū)域，在重聯(lián)電流片中被super-Dre

2、icer電場(chǎng)直接加速看起來(lái)是產(chǎn)生能量在10keV和10MeV之間的高能電子的最直接的方式。因此，研究磁場(chǎng)重聯(lián)對(duì)電子的加速機(jī)制有著重要意義。 本文在采用二維三分量的數(shù)值模擬方法研究Petschek模型磁場(chǎng)重聯(lián)的電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上，加入試驗(yàn)電子，考察了電子加速問(wèn)題，并物理分析其加速機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)重聯(lián)可以通過(guò)感應(yīng)電場(chǎng)加速電子，加速區(qū)內(nèi)的磁場(chǎng)很微弱，但是特殊的電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)能在重聯(lián)平面內(nèi)捕獲被加速電子，并有效地將電子“鎖”在重聯(lián)電流片上，

3、這樣電子就可以長(zhǎng)時(shí)間地受到感應(yīng)電場(chǎng)加速作用而在垂直于重聯(lián)平面方向被持續(xù)加速，直到速度足夠大而擺脫磁場(chǎng)的束縛并被磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)到平行于重聯(lián)平面方向，表現(xiàn)為高速出流。這類電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)比較特殊，主要存在磁島和X線附近區(qū)域。本文提出的這種磁島加速電子的機(jī)制對(duì)于解釋產(chǎn)生相對(duì)論性粒子的脈沖式耀斑可能是一個(gè)有效的模型。 一些研究發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)重聯(lián)中存在密度空洞，并認(rèn)為該空洞是一種動(dòng)力學(xué)Alfvén波的非線性結(jié)構(gòu)。動(dòng)力學(xué)Alfvén波(KAW)是理想磁流體．

4、Alfvén波被電子慣性效應(yīng)或離子有限回旋半徑效應(yīng)修正后形成的，而動(dòng)力學(xué)．Alfvén孤波(SKAW)則是動(dòng)力學(xué)Alfvén波的非線性結(jié)構(gòu)，是等離子體中色散效應(yīng)和非線性效應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的特殊結(jié)構(gòu)。KAW和SKAW均攜帶平行于背景磁場(chǎng)的電場(chǎng)，因此被廣泛應(yīng)用于帶電粒子的加速和加熱。研究動(dòng)力學(xué)Alfvén孤波的一些物理特性是十分有意義的。 本文利用雙流體模型，對(duì)α>>1(α=β/2Q，β是熱壓-磁壓比，Q是電子-質(zhì)子質(zhì)量比)情形下的動(dòng)力