波与等离子体相互作用的研究

发布时间：2020-06-19 21:03

【摘要】：在等离子体物理学的发展过程中,波与等离子体的相互作用,始终为该领域的研究热点。本文围绕“波与等离子体相互作用”这个中心命题,开展了电磁波、电子回旋波、漂移波等与等离子体相互作用的研究,论文的主要创新点有:1、建立了更加接近实验状态的束-等离子体系统的物理模型,通过对束-等离子体系统中电磁波与等离子体的相互作用进行粒子模拟,发现:在束-等离子体系统中不仅可以观测到自聚焦现象,而且可以观测到电子束电子的横向振荡和纵向振荡;在低电子束密度、高等离子体密度的条件下,束-等离子体系统中可以激发太赫兹频段的电磁辐射。2、采用“场匹配”法理论推导了束-等离子体系统的“冷”色散关系,通过求解色散方程分析得到了束-等离子体系统中电磁波与等离子体相互作用的物理机制。研究表明:束-等离子体系统中存在的电磁波与等离子体相互作用的模式为混合模式;在低电子束密度、高等离子体密度的条件下,束-等离子体系统的辐射机制为慢波辐射。3、基于电磁波与等离子体相互作用的束-等离子体系统,提出了类等离子体光子晶体的概念。采用与第二章相同的模拟参数,真空-等离子体-真空型类等离子体光子晶体,同样可以激发频率为0.9035 THz的电磁辐射,电子效率高达10.5%。4、从数值计算和HL-2A实验两方面研究了等离子体极向旋转的驱动场,即极向电场,研究发现:数值计算得到的极向电场与HL-2A的实验观测结果相吻合。最后,通过数值计算得到了电子回旋波注入等离子体后等离子体极向旋转速度随时间的变化情况。5、利用回旋动力学代码模拟计算了漂移波与等离子体输运。对于线性模拟,通过JET实验的平衡位型和磁场位型,模拟计算了台基区粒子的新经典输运情况,并得到了台基区的径向电场和E?B漂移的剪切频率。而对于非线性模拟,通过AUG实验的平衡位型和磁场位型,模拟计算了台基区的湍流输运情况,结果得到了平稳的湍流图像,并通过收敛性测试,证明了模拟结果的可靠性。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O53
【图文】：

区域图,等离子体,电磁不稳定性,均匀分布

纪九十年代开始，国外的高校及研究机构，比如美国的马分校、莫斯科普通物理研究所、乌克兰技术物理研究所等离子体系统的早期研究。对于国内的高校及研究机构，电中国科学院等也相继开展了一系列关于束-等离子体系统的，四川大学从理论上深入研究了束-等离子体系统。四川大提出了极为理想的束-等离子体系统的模型[17]，即等离子体上述模型，利用小量近似的方法，推导出关于均匀等离子统的色散方程：2 22 2 2 2 2020( )(( ) )B ppk c k 2 2 22 2 202 20 0 0( )( ) 0( )p p BBck ckcr c k 色散方程，可知在束-等离子体系统中，存在快等离子体波电磁波和反向电磁波。

PIC模拟,苏东

第一章绪论等离子体系统的电磁不稳定性区域。上图的灰色区域即为束射可能被激发的区域。数值计算结果表明，该区域中快等离相同的相速度，可达到同步条件并相互耦合，激发电磁辐研究的基础上，苏东博士继续通过改变电流至超过空间电束-等离子体系统的虚阴极振荡[17]。虚阴极振荡的物理过程机制对电子束进行聚焦，在聚焦点的位置，空间电荷极限间电荷极限电流一旦减小到低于电子束电流，将会引起电子成如图 1-2 所示的虚阴极振荡。苏东博士通过对虚阴极振荡束-等离子体系统形成虚阴极后，该系统的不稳定性将来源离子体波的相互作用。

【参考文献】