通过粒子模拟和卫星观测对空间等离子体中波粒相互作用以及电子声孤立结构的研究

发布时间：2020-12-08 06:50

　　波粒相互作用是空间等离子体环境中非常重要的现象。利用一维网格粒子（PIC）模型,我们研究了等离子体对波的捕获以及等离子体中电子声孤立结构的形成。该等离子体由离子,冷、热和束流电子组成。我们还提出了一种更为广义的非麦克斯韦分布函数用于空间等离子体。此外,利用Magnetosperic Multiscale（MMS）航天器对于两种不同的等离子体（H+和He+）的直接测量,我们深入研究了波和粒子的能量交换过程。主要结果如下:1通过一维（1-D）网格粒子（PIC）模拟,在多粒子成分的等离子体中,研究电子声波的非线性效应。该等离子体中包含热电子,冷电子和束流电子,以及离子成分,以维持电中性条件。数值分析已经确定具有足够大振幅的电子声波倾向于捕获冷电子。电子声波是有色散的,波数不同的波模具有不同的相速度,因此可能导致冷电子的混合。冷电子最终被热化或加热。研究还表明,激发的电子声波频率很宽,这有助于理解地球极光区域的宽带一静电噪声（BEN）频谱。2静电孤立（ES）结构经常在太阳风、地球和其他行星磁层中观察到,并且是理论研究中最广泛的波。然而,很少有同时的模拟和理论研究。在本文中,我们对等离子体中的静... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：114 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
Chapter 1: Introduction
    1.1 Space plasma environment
    1.2 Electrostatic plasma waves
        1.2.1 Langmuir waves
        1.2.2 Electron acoustic waves
        1.2.3 Beam driven waves
    1.3 Electromagnetic ion cyclotron （EMIC） waves
    1.4 Wave-particle interactions
        1.4.1 Trapping of plasma particles
    1.5 Solitary waves in space plasmas
    1.6 The computational simulation of plasmas
        1.6.1 Particle in cell simulation （PIC） technique
        1.6.2 Layout of PIC simulation program
        1.6.3 Leap-Frog Scheme
        1.6.4 Integration to solve the field equations
        1.6.5 The numerical solution of Poisson's equation
        1.6.6 Particle and force weighting
    1.7 Layout of thesis
Chapter 2: Effects of electron trapping by nonlinear electron-acoustic waves
    2.1 Introduction
    2.2 Theoretical formalisms
    2.3 Simulation model
    2.4 Simulation results
    2.5 Summary
Chapter 3: Electron-acoustic solitary structures in an electron beam-plasma
    3.1 Introduction
    3.2 Theoretical model
    3.3 Simulation setup
    3.4 Simulation results
    3.5 Summary
Chapter 4: Generalized AZ-non-Maxwellian velocity distribution function
    4.1 Introduction
    4.2 Maxwellian distribution function
    4.3 Kappa distribution
    4.4 Cairns distribution
    4.5 Vasyliunas-Cairns （VC） distribution
    4.6 Generalized （r,q）-distribution
    4.7 AZ-distribution function
    4.8 Numerical result and discussion
    4.9 Summery
Chapter 5: The measurement of wave-particle energy exchange in space plasmas usingMagnetosphere Multiscale （MMS） Spacecraft
    5.1 Introduction
    5.2 Magnetospheric Multiscale （MMS） spacecraft
    5.3 Overview of event and results
    5.4 Summary
Chapter 6: Conclusion and future studies
    6.1 Conclusions of the thesis
    6.2 Future prospective
References
Acknowledgements
List of publications


【参考文献】：
期刊论文
[1]On Time-Fractional Cylindrical Nonlinear Equation[J]. H.G.Abdelwahed,E.K.ElShewy,A.A.Mahmoud.  Chinese Physics Letters. 2016(11)



本文编号：2904656