热离子影响电磁离子回旋波激发的理论分析与模拟研究
发布时间：2021-06-25 20:19
电磁离子回旋波是内磁层中的一种重要等离子体波,它能与空间中的带电粒子发生共振相互作用,引起带电粒子的投掷角散射和能量变化。电磁离子回旋波的激发会受到多种空间环境因素的影响,如磁场结构、等离子体密度梯度、离子注入和磁暴活动等,其中热离子成分的影响至关重要。本文基于RBSP卫星的观测数据,利用线性理论和混合模拟方法研究了热离子对电磁离子回旋波激发的影响,并利用非线性理论分析了热氢离子对上升调电磁离子回旋波的振幅阈值的影响。我们首先提取了2017年8月至2018年2月期间,RBSP-B卫星观测到的69个电磁离子回旋波事件。卫星观测结果显示,波动容易在等离子体层顶交界处及外部区域激发;而且在亚暴发生期和地磁平静期均有波动激发。在线性理论研究中,我们将能量低于200 eV的热氢离子近似按照冷等离子体处理,其他热离子成分取卫星观测值,计算得到的波激发频带与卫星观测结果非常吻合。本文重点研究了热离子对氧带电磁离子回旋波激发产生的影响。结果显示,温度各向异性热氧离子（O+）、热氦离子（He+）和热氢离子（H+）都可以在氧带激发出电磁离子...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地球磁层示意图
热离子影响电磁离子回旋波激发的理论分析与模拟研究如图 1.1 所示，地球磁层由磁层顶（Magnetopause）、磁鞘（Magnetosheath）、极尖区（Cusp）、等离子体片（PlasmaSheet）、等离子体幔（PlasmaMantle）、等离子体层（Plasmasphere）、中性片（Neutral Sheet）、辐射带（Radiation belt）、磁尾（Magnetotail）等结构组成。1.1.1 地球辐射带地球辐射带（图 1.2）于 1958 年由探险者 1 号首次发现，该区域磁场可以捕获大量高能带电粒子。辐射带被等离子体密度较低的槽区划分为内辐射带和外辐射带。内辐射带一般位于 1.1-2.5 个地球半径之间，纬度范围在南北纬 40°之间，主要成分包括能量大于 0.5 MeV 电子和能量介于 1-100MeV 之间的质子。外辐射带一般位于 3-7 个地球半径之间，纬度范围在南北纬 60°之间，主要成分包括能量介于 0.04-7 MeV 之间的电子和能量小于 5 MeV 的质子。在内辐射带和外辐射带之间存在一个槽区，在这个区域中高能粒子较少，对航天器来说相对于内外带较为安全。
pj其中 Ipj为某种模拟粒子的粒子计数，Ipj=1,2,…, Npj。Npj为该种离子的总离子个数，XMAX 为模拟系统的空间尺度。由式2.11得到的每种离子按照一定的空间步长均匀的分布在空间网格中。2.2.2 离子速度分布空间中存在各种带电粒子，这些粒子的速度一般呈现出某一种规律性的分布。在磁层物理的研究当中，损失锥分布是一种常用的粒子速度分布[40-43]，其表达式如式 2.12： 2||||3 2 2 2|| ||2 2 22 2 21, exp1exp exp exp1vf v vv v v (2.12)其中 v||和 v⊥为粒子的平行速度和垂直速度， 和 为粒子的平行热速度和垂直热速度。在损失锥分布中，影响速度分布概率的因素主要有：粒子温度的各向异性 As，以及△值和 β 值。对于不同的粒子可以有不同的分布参数，对于不同能量段的同一种粒子也可以有不同的分布参数。特别地，当 1.0时，损失锥分布简化为双麦克斯韦分布[44]。
本文编号：3249887
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地球磁层示意图
热离子影响电磁离子回旋波激发的理论分析与模拟研究如图 1.1 所示，地球磁层由磁层顶（Magnetopause）、磁鞘（Magnetosheath）、极尖区（Cusp）、等离子体片（PlasmaSheet）、等离子体幔（PlasmaMantle）、等离子体层（Plasmasphere）、中性片（Neutral Sheet）、辐射带（Radiation belt）、磁尾（Magnetotail）等结构组成。1.1.1 地球辐射带地球辐射带（图 1.2）于 1958 年由探险者 1 号首次发现，该区域磁场可以捕获大量高能带电粒子。辐射带被等离子体密度较低的槽区划分为内辐射带和外辐射带。内辐射带一般位于 1.1-2.5 个地球半径之间，纬度范围在南北纬 40°之间，主要成分包括能量大于 0.5 MeV 电子和能量介于 1-100MeV 之间的质子。外辐射带一般位于 3-7 个地球半径之间，纬度范围在南北纬 60°之间，主要成分包括能量介于 0.04-7 MeV 之间的电子和能量小于 5 MeV 的质子。在内辐射带和外辐射带之间存在一个槽区，在这个区域中高能粒子较少，对航天器来说相对于内外带较为安全。
pj其中 Ipj为某种模拟粒子的粒子计数，Ipj=1,2,…, Npj。Npj为该种离子的总离子个数，XMAX 为模拟系统的空间尺度。由式2.11得到的每种离子按照一定的空间步长均匀的分布在空间网格中。2.2.2 离子速度分布空间中存在各种带电粒子，这些粒子的速度一般呈现出某一种规律性的分布。在磁层物理的研究当中，损失锥分布是一种常用的粒子速度分布[40-43]，其表达式如式 2.12： 2||||3 2 2 2|| ||2 2 22 2 21, exp1exp exp exp1vf v vv v v (2.12)其中 v||和 v⊥为粒子的平行速度和垂直速度， 和 为粒子的平行热速度和垂直热速度。在损失锥分布中，影响速度分布概率的因素主要有：粒子温度的各向异性 As，以及△值和 β 值。对于不同的粒子可以有不同的分布参数，对于不同能量段的同一种粒子也可以有不同的分布参数。特别地，当 1.0时，损失锥分布简化为双麦克斯韦分布[44]。
本文编号：3249887
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