等离子体片边界层处离子的随机加速

本文讨论宽频带静电噪声对等离子体片边界层处粒子的随机加速问题.计算表明:宽频带静电噪声会使离子轨道在相空间Poincare截面上一定范围内无规行走, 该范围与扰动电场的振幅、频率和波矢有关;引起的离子随机加速使一部离子能获得较高的能量, 在等离子体片参数下预计最大能量可达1000keV量级;对电子, 随机效应不明显.该结果为等离子体片中高能离子的存在这一长时观测特性提供一种新的可能产生机制.      

粘性耗散对重力波波包共振相互作用的影响

采用数值方法考察了粘性耗散对重力波波包共振相互作用的影响．结果表明,粘性耗散不仅衰减相互作用波的能量,而且强烈地影响波包之间局地能量的传递,使波包的形状发生进一步的改变．粘性耗散减缓相互作用过程的发展,阻止高波数的次级波与主波进行相互作用．在低热层高度上,耗散过程占支配地位,三波能量演变的特征发生了相当大的变化．大尺度主波通过与小尺度次级波的相互作用,更快地实现对大气的加热．      

重力波波包相互作用时空演变的数值研究

本文设计了一种研究二维空间中重力波波包共振相互作用演变的数值模式.利用此模式获得二个大振幅重力波波包通过碰撞而发生的完整的相互作用过程.数值结果表明,能量上行重力波可以通过波-波相互作用激发能量下行重力波;在相互作用的时空演变过程中,3个波包的能量收支情况和相互作用的强度具有局地性;由于考虑了空间传播效应,相互作用过程不再具有周期性,而是出现一个具有不同物理含义的相互作用特征时间,这个新的相互作用特征时间和相互作用最终的发展程度不仅由相互作用系数和初始波包振幅决定,还受到波包空间尺度和波包群速度的相对大小控制.      

损耗大气中惯性重力波的非线性相互作用方程及其初步讨论

根据弱相互作用理论,本文建立了损耗大气中极性重力波的非线性相互作用方程。这组方程在三个方面推广了前人的工作:考虑了波的空间传播;包含了粘滞产生的衰减;波谱可以是连续的。粘滞衰减率的大小与波的空间尺度以及传播方向有关。Coriolis力的引入使相互作用系数成为复量。根据这组方程,考察了惯性重力波的参量激发。结果表明:在共振条件满足时,主波存在一个阈值,阈值大小与次级波的损耗率成正比。当主波振幅大于这个阈值时,次级波将指数增长。在相互作用过程中,次级波的频率将发生变化,变化的大小与主波能量成正比。      

重力波波包在传播过程中的参量激发

采用数值方法模拟了重力波波包在向上传播过程中的参量激发.结果表明,通过共振相互作用,两个次级波可由噪声水平发展到相当的强度,并拥有可观的空间范围,但两者获得能量的大小不同,说明在一个共振组中,主波的能量传递具有参数选择性.主波包只将部分能量用来激发次级波,在其能量衰减的同时,波包形状也发生强烈的畸变.波包之间的能量传递具有明显的局地性.由于波包能量交换不再具有可逆性,相互作用的特征时间具有特别重要的意义,它代表绝大多数能量传递发生的时间范围.在特征时间之外,波包之间净的能量传递已相当弱.由中间层向低热层传播的重力波,衰变过程和传播过程可以同步完成.共振相互作用不仅能够使波能量在谱空间扩散,而且能使波能量在物理空间扩展.      

电子回旋共振推力器放电室内磁场与微波电磁场分析

电子回旋共振推力器具有寿命长、比冲高、结构简单等特点,适宜用作深空探测器主推进装置。放电室是电子回旋共振推力器的关键部件,其作用是产生电子回旋共振等离子体。放电室内的磁场和微波电磁场分布对于推力器的可靠启动、稳定工作有着重要的影响。为此针对10cm推力器,采用大型有限元分析软件ANSYS建立了三种磁路模型,计算了放电室内的磁场分布,得出三种方案中电子回旋共振面的位置,分析放电室材料不同时磁场分布的变化;最后采用ANSYS有限元分析软件计算了放电室内的电磁场分布。结果表明,在电子回旋共振面上微波能量满足放电所需能量。计算结果可以为电子回旋共振推力器放电室的设计提供帮助。     

多离子空间等离子体中快磁声波与粒子的回旋共振特性

快磁声波是空间等离子体中一种接近垂直传播的右旋极化电磁波,能够在等离子体层内外传播.快磁声波与带电粒子的回旋共振相互作用能够导致高能电子随机加速和投掷角扩散、能量质子投掷角扩散等,从而影响辐射带高能带电粒子的动态过程.分别基于完整的色散关系和高密度近似的色散关系,在不同空间等离子体条件下研究多离子空间等离子体中不同传播角的快磁声波色散曲线,并计算了快磁声波与H+,He+和O+离子的最小共振能量.结果表明,当传播角较小时,采用高密度近似与采用完整色散关系计算的离子最小共振能量没有太大差别.在中低密度中强磁场空间等离子体中,传播角≥ 88°时高密度近似色散关系会带来很大的误差,因此应利用完整色散关系计算最小共振能量.      

有限β等离子体中密度和磁场不均匀驱动的动理学Alfven波

在分析有限β等离子体中的密度、磁场不均匀引起的漂移波不稳定性的基础上，剖析了漂移波不稳定性对动理学Alfven波激发的作用．动理学理论能正确地处理有限拉莫半径效应和波粒共振相互作用，本文根据带电粒子在电磁场中的运动特性，采用Vlasov方程描述离子运动，运用漂移动理学方程对电子运动进行描述．密度不均匀和磁场不均匀对产生漂移不稳定性的对比分析表明：在有限β等离子体中，密度不均匀比磁场不均匀更易激发漂移不稳定性，且密度不均匀激发漂移不稳定性中的能量转换和转移更为强烈．这种能量的转换为动理学Alfven波的激发提供了物理基础．所得数值解表明：动理学Alfven波在磁层中能广泛地被激发产生，特别是在磁层空间的极尖区、磁层顶和等离子体片边界层等具有明显的不均匀性区域中更容易被激发产生．本文的研究结果进一步表明动理学Alfven波对磁层空间中能量传输具有重要作用．     

非线性动力Alfven波的演化

本文讨论了非线性动力Alfven波在1＞＞β＞＞me／mi条件下形成孤子解的限制条件，表明只有亚Alfven速度才能形成压缩型孤子．由动力Alfven波孤子和湍流产生的极大纵向电子速度不会超过本底电子热速度，但由此产生的纵向电场在小尺度范围可以很强，这可能对太阳风的能量传输与粒子加速产生一定影响．     

空间高能粒子与器件布线层核反应后次级粒子LET分布研究

空间高能质子和重离子是导致元器件发生单粒子效应的根本原因,为准确评估元器件在轨遭遇的单粒子效应风险,必须清楚高能质子、重离子与器件材料发生核反应的物理过程及生成的次级重离子LET（Line EnergyTransfer）分布规律。针对典型CMOS工艺器件模拟计算了不同能量质子和氦核粒子在器件灵敏单元内产生的反冲核、平均能量及线性能量转移值,并分析了半导体器件金属布线层中重金属对次级重离子LET分布的影响规律。计算结果表明：高能粒子与器件相互作用后产生大量次级重离子,且高能质子作用后产生的次级粒子的LET值主要分布为0～25MeV·cm²/mg;高能氦核粒子作用后产生的次级粒子的LET值主要分布为0～35 MeV·cm²/mg;有重金属钨（W）存在时能提高次级粒子的LET值,增加了半导体器件发生单粒子效应的概率,该研究结果可为元器件单粒子效应风险分析、航天器抗单粒子效应指标确定提供重要依据。     

New aspects of whistler waves driven by an electron beam studied by a 3-D electromagnetic code

We have restudied electron beam driven whistler waves with a 3-D electromagnetic particle code. In the initialisation of the beam-plasma system, “quiet start” conditions were approached by including the poloidal magnetic field due to the current carried by beam electrons streaming along a background magnetic field. The simulation results show electromagnetic whistler wave emissions and electrostatic beam modes like those observed in the Spacelab 2 electron beam experiment. It has been suggested in the past that the spatial bunching of beam electrons associated with the beam mode may directly generate whistler waves. However, the simulation results indicate several inconsistencies with this picture: (1) the parallel (to the background magnetic field) wavelength of the whistler wave is longer than that of the beam instability, (2) the parallel phase velocity of the whistler wave is smaller than that of the beam mode, and (3) whistler waves continue to be generated even after the beam mode space charge modulation looses its coherence. The complex structure of the whistler waves in the vicinity of the beam suggest that the transverse motion (gyration) of the beam and background electrons is involved in the generation of the whistler waves.     

A model for stochastic acceleration of electrons during geomagnetic storms

The theory of resonant diffusion is extended to fully relativistic plasmas, and we examine resonant interactions between electrons and electromagnetic R mode (whistler) and L-mode (EMIC) waves. Resonant diffusion curves are constructed for plasma parameters representative of the Earth's storm time magnetosphere, both inside and outside the plasmapause. EMIC waves can resonate with electrons > 1 MeV, but the energies remain nearly constant along the diffusion curves. Storm-time EMIC waves can induce rapid pitch—angle scattering, but the waves are ineffective for stochastic acceleration of elections. Substantial energy change can occur along the diffusion curves for interactions between resonant electrons and whistler—mode waves, especially in regions of low plasma density. Specifically, whistlers can accelerate electrons from energies near 100 keV to above 1 MeV outside the plasmapause. A model is proposed comprising energy diffusion by whistler-mode chorus and pitch-angle scattering by EMIC waves to account for the gradual acceleration of electrons over the region 4 ≤ L ≤ 6 during the recovery phase of a geomagnetic storm.     

超高能宇宙线电子在星际介质中的传播

本文研究能量高达1012eV以上宇宙线电子在星际介质中的传播特征, 得到了一些有趣的结果。作为一种自然的猜测, 宇宙线电子高能成份的区域性特征, 可能是导致银河系γ射线辐射的非均匀成团状分布结构的直接原因。      

哨声模合声波与地球同步轨道高能电子通量增强事件事例研究

局部加速机制是磁暴期间地球外辐射带高能电子通量增强事件发生的重要原 因. 此加速机制需要两个基本条件, 一是存在种子电子, 二是存在能与种子 电子产生共振的加速波动, 包括哨声模合声波. 通过对2004-2006年 Pi1地磁脉动持续时间与种子电子通量的相关性分析, 更明确提出Pi1地磁脉 动的持续时间可以作为种子电子通量的指示剂. 通过对三个磁暴事例地球同 步轨道的种子电子通量、高能电子通量及哨声模合声波变化情况的分析, 发 现在高能电子通量较强的事例中, 均观测到较高的种子电子通量和较强的 哨声模合声波, 这在一定程度上验证了哨声模合声波对种子电子的回旋加速 机制, 且合声波强度与高能电子通量有正的相关性.      

Pitch angle diffusion as seen by CRRES

Lifetimes and pitch angle distributions of radiation belt electrons injected into the slot region are determined from CRRES/MEA particle flux measurements. The dominant loss mechanism is presumed to be pitch angle scattering due to whistler waves, for which a theoretical formulation is available. The empirical lifetimes are compared to those from recent calculations, which rely on model whistler wave parameters. CRRES measurements of cyclotron-frequency electric fields are also presented and compared to the wave model.     

低纬地区夜间电离层底部电子浓度与磁扰的关系

本文利用100kHz的低频无线电波资料,计算分析了1986—1987年期间,几种不同磁扰情况下,低纬地区夜间电离层中100km以下区域积分电子浓度及其变化的起因.结果表明:该区域电子浓度的变化与地磁扰动关系密切.在磁静日期间,其值较小,且随磁扰而变化,但比磁扰滞后1到2天.在磁暴后,其值较大,会出现几次剧烈起伏.该区域积分电子浓度的起伏可大于一个量级.沉降电子产生的动致辐射可能是引起该区域电子浓度变化的主要原因之      

太阳米波噪暴：哨声模式

本文以日冕活动区磁结构演化为噪暴现象的驱动力,并假定日冕活动区在磁学上是不均匀的——存在强磁场纤维,提出了太阳米波噪暴的哨声模式.活动区磁结构的演化将在冕弧中产生弱激波.当弱激波通过强磁场纤维时,加热部分电子,被加热的电子在强磁场纤维中形成损失锥分布.在日冕的噪暴区域中,快速电子的损失锥分布将产生高亮度的哨声波和朗缪尔波.通过感应散射,朗缪尔波滑向低波区域时将与哨声波发生强烈的互作用而产生窄束电磁辐射(Ⅰ型爆发).强磁场纤维及相应的场位形决定了Ⅰ型爆发的频宽和持续时间.而噪暴连续谱则采用通常认为的各同向电子产生的朗缪尔波与低频波耦合的产物.     

磁尾粒子在晨昏电场作用下的散射与沉降

我们认为,在沉降粒子的形成中,磁尾粒子的散射是极其重要的。本文从粒子的轨道理论人手,通过对近900条粒子轨道的具体计算,研究了磁尾粒子在晨昏电场作用下的投掷角变化。计算结果清楚地显示出了磁尾粒子在晨昏电场的作用下,经历着明显的散射过程。运动经过非小扰动区的磁尾粒子在非小扰动区内经多次反射,磁矩不再是不变的,从而投掷角改变,使得一个原在磁尾为各向同性的投掷角分布,在粒子运动到远离中性线的近地区域时改变成为一个近麦氏分布。我们还研究了这些粒子的空间经历,发现这些离开磁尾进入近地区域的粒子在发生散射的同时还发生了空间分离——晨昏分离、纬向分离以及质子和电子之间的相对空间分离,给出了清晰的粒子沉降图象。      

Enhancement of VLF-ducts under the action of high power radio wave on the ionospheric F-region

Wave effects are discussed pointing to improvement of whistler propagation in the ionosphere illuminated by a powerful radio wave. The large scale irregularities (ducts) responsible for these effects are formed in the illuminated ionospheric region by the process of electron heating by the fields of the pump wave and excited plasma oscillations. These irregularities may also be created in the ionosphere and plasmasphere by fluxes of suprathermal electrons accelerated by the plasma turbulence in the reflection region of the pump wave.     

无碰撞电流片哨声波不稳定性

通过数值求解文献[4]中物理模型A得到的一般形式的色散关系,讨论了无碰撞电流片低频波不稳定性问题.结果表明,哨声波能被无碰撞电流片直接激发.在中性片上(z/di=0),在较宽的波数范围内,斜哨声波是可以传播的,但它基本上是稳定的.在离子惯性区内(z/di<1,电子惯性区外),斜传播的哨声波是不稳定的.在离子惯性区边缘(z/di=1),斜传播的哨声波仍然是不稳定的,增长率更大,不稳定的波频率范围更高.此外,朝向中性片方向传播(kzdi<0)的哨声波比离开中性片方向传播(kzdi>0)的哨声波有更大的增长率.