內(nèi)磁層中存在著多種類型的等離子體波動(dòng),它們能與不同種類、不同能量的帶電粒子發(fā)生共振相互作用。波粒相互作用不僅能散射粒子的投擲角與能量,還能改變粒子的分布函數(shù)。準(zhǔn)線性理論常常被用來(lái)描述波粒相互作用,然而我們發(fā)現(xiàn)磁暴期間EMIC波與帶電粒子的相互作用往往是高度非線性的。因此,本文使用無(wú)量綱參數(shù)R判斷非線性相互作用的發(fā)生區(qū)域,并使用測(cè)試粒子模型具體分析不同情況下帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。本文系統(tǒng)研究了三種不同頻帶的EMIC波(氫帶波、氦帶波和氧帶波)與環(huán)電流質(zhì)子、氧離子和輻射帶電子的非線性相互作用,并研究了背景等離子體參數(shù)的改變對(duì)非線性作用產(chǎn)生的影響。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)EMIC波的角頻率與帶電粒子的回旋頻率越接近時(shí),發(fā)生非線性作用的區(qū)域就越大。而磁殼數(shù)L的增加、背景電子濃度的上升以及磁暴期間背景離子濃度的上升也能促進(jìn)非線性相互作用的發(fā)生。相較于氦帶波和氧帶波,氫帶波與質(zhì)子和電子發(fā)生非線性相互作用的幾率最大。非線性相互作用包括相位捕獲效應(yīng)和相位成束效應(yīng),這兩種效應(yīng)對(duì)高能粒子的影響截然相反。氧帶波與氧離子的相位捕獲效應(yīng)會(huì)使氧離子能量出現(xiàn)螺旋式增加,這在過(guò)去的研究中從未發(fā)現(xiàn)過(guò)。此外,本文還研究了合聲波和嘶聲波與... 

【文章來(lái)源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

初始能量35keVkE，初始赤道投擲角30eq的質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)軌跡注：第一行分別為質(zhì)子的赤道投擲角與能量隨地磁緯度的演化，第二行分別為赤道投擲角

在共振點(diǎn)處各個(gè)質(zhì)子的共振相位角也平均分布在 0 , 360 的范圍內(nèi)。這種質(zhì)子隨機(jī)的集體行為，被稱為線性相互作用，在宏觀上表現(xiàn)為擴(kuò)散過(guò)程，可以用準(zhǔn)線性理論進(jìn)行精確的描述。圖 3.3 顯示了初始赤道投擲角 43eq 的質(zhì)子運(yùn)動(dòng)軌跡，理論線性共振緯度 21.4res ，參數(shù) R 1.23。從圖中可以明顯看出，在共振點(diǎn)處質(zhì)子的相位角分布不再像線性相互作用一樣平均分布，相位角低于180 的質(zhì)子數(shù)量變少，并出現(xiàn)質(zhì)子相位角在 附近的位置開始聚集成束，這就是相位成束效應(yīng)。相位成束會(huì)導(dǎo)致質(zhì)子的投擲角與能量降低，驅(qū)使質(zhì)子進(jìn)入損失錐，增加了準(zhǔn)線性理論估計(jì)的整體損失率。然而更明顯的是初始波粒相位角0 247.5 的質(zhì)子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其相位角在一定區(qū)間內(nèi)多次共振，導(dǎo)致質(zhì)子赤道投擲角和能量的急劇增加，這就是相位捕獲效應(yīng)。相位捕獲效應(yīng)使質(zhì)子能量也從 35 keV 急劇上升到 400 keV

的質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)軌跡注：除了質(zhì)子初始赤道投擲角為 43 外，其余注釋同圖 3.2。在圖 3.4 中，環(huán)電流質(zhì)子的初始赤道投擲角 60eq ，理論線性共振緯度 14.6res ，無(wú)量綱參數(shù) R 0.39，此時(shí)相位捕獲效應(yīng)消失，只剩下相位成束效應(yīng)。盡管質(zhì)子發(fā)生共振的位置與磁鏡點(diǎn)位置很相近，但是絕大部分質(zhì)子的實(shí)際共振緯度都要高于理論計(jì)算所得的共振緯度，并且共振相位都集中在 240 , 360 范圍內(nèi)，可以明顯看出現(xiàn)質(zhì)子赤道投擲角與能量出現(xiàn)整體減

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]地球內(nèi)磁層中波粒相互作用的模擬和觀測(cè)研究[D]. 朱輝.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015
[2]環(huán)電流離子模式與離子分布的層析成像反演[D]. 王馨悅.中國(guó)科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心） 2006



本文編號(hào)：2928245