本文關(guān)鍵詞：引導(dǎo)場磁重聯(lián)中的電子加速

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【摘要】：磁重聯(lián)是空間等離子體中的重要物理過程。儲存在磁場中的自由能通過重聯(lián)過程快速釋放,從而加速和加熱等離子體。本文重在討論引導(dǎo)場重聯(lián)中的電子加速過程,利用2D全粒子計算機模擬方法(PIC)與3D磁層頂混合模擬方法,得到以下結(jié)果:1.電子在多X點引導(dǎo)場重聯(lián)中的加速過程磁島之間的相互作用一直以來被認為在電子加速的過程中占據(jù)著重要地位。本文討論了引導(dǎo)場重聯(lián)中電子的加速過程。由于在足夠強的引導(dǎo)重聯(lián)中,電子依然是磁化的,可以使用絕熱理論分析電子在重聯(lián)中的平行電場加速,費米加速與betatron加速。結(jié)果顯示隨著重聯(lián)的進行,模擬區(qū)域形成兩個主磁島。電子既可以在重聯(lián)X點附近被平行電場加速也可以在磁島的收縮端被費米機制加速。接下來兩個磁島合并成一個大磁島,電子可以在合并點附近被平行電場加速。在磁通量堆積區(qū)前緣,betatron機制也可以加速電子。最后當(dāng)兩個主磁島合并成一個單一的大磁島以后,電子可以進一步在收縮的大磁島的兩個收縮端獲得費米加速。隨著引導(dǎo)場的增強,費米與betatron機制對電子的加速越來越不重要。當(dāng)引導(dǎo)場很強時,平行電場是唯一對電子有效的加速機制。2.電子擴散區(qū)中電子的壓力梯度項的形成過程通過2D的PIC模擬方法得出反平行重聯(lián)電子擴散區(qū)中重聯(lián)電場主要由電子的壓力張量的空間梯度來平衡。通過追蹤典型電子的軌跡可以計算電子在重聯(lián)X點附近的電子壓力梯度。計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)電子的壓力梯度正好與重聯(lián)電場相等。這說明在電子擴散區(qū),電子在重聯(lián)X點附近磁場反轉(zhuǎn)區(qū)域的微觀運動是平衡重聯(lián)電場的原因。這樣就從微物理的角度定量地而不僅僅是從圖像上解釋了電子壓力梯度的形成機制及其能夠平衡重聯(lián)電場的原因。3.電子在次級磁島中的加速過程在重聯(lián)拉長的電子電流片中可能會產(chǎn)生次級磁島。通過對引導(dǎo)場重聯(lián)中產(chǎn)生的次級磁島中電子加速過程的模擬發(fā)現(xiàn),在磁島的形成階段,電子可以被重聯(lián)X點附近的平行電場加速:在次級磁島與主磁島的合并階段,電子同時可以被平行電場機制與費米機制加速。與主磁島不同的是,次級磁島核心區(qū)的功率密度高于邊緣區(qū),這導(dǎo)致高能電子聚集在次級磁島的核心區(qū),而不像主磁島中的高能電子分布在磁島的邊緣。隨著引導(dǎo)場的增加,費米與betatron機制對于電子加速越來越不重要。4.磁層頂重聯(lián)區(qū)域中的動力學(xué)Alfven波Alfven波是磁重聯(lián)中的重要組成部分。考慮了離子的動力學(xué)效應(yīng)的動力學(xué)Alfve如波中,在時變電場的作用下離子的極化漂移引起了在離子回旋尺度離子與電子的電荷分離,并導(dǎo)致出現(xiàn)幾乎沿著磁場分布的條狀平行電流。通過使用3D日側(cè)磁層的混合模擬,對磁層頂重聯(lián)過程中的擾動磁場與擾動電場的分析發(fā)現(xiàn)滿足Walen關(guān)系,并且在擾動磁場的分布區(qū)域伴隨有平行電場。通過對平行電場與垂直電場的診斷發(fā)現(xiàn)滿足動力學(xué)Alfven波的極化關(guān)系。亦即在磁層頂重聯(lián)區(qū)域存在動力學(xué)Alfven波。動力學(xué)Alfven波可以攜帶平行能流沿著背景磁場方向注入地球磁層,關(guān)系到地球磁層中的粒子加熱以及極光的產(chǎn)生。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P353

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 魏奉思,劉睿,馮學(xué)尚,鐘鼎坤,楊f ;行星際磁云邊界層中的磁重聯(lián)結(jié)構(gòu)[J];中國科學(xué)E輯:技術(shù)科學(xué);2004年03期

2 吳怡芬;;磁重聯(lián)的研究(英文)[J];喀什師范學(xué)院學(xué)報;2007年06期

3 陸全明;王榮生;謝錦林;黃燦;盧三;王水;;無碰撞磁重聯(lián)中的電子動力學(xué)[J];科學(xué)通報;2011年07期

4 肖池階;王曉鋼;濮祖蔭;馬志為;趙輝;周桂萍;汪景t;傅綏燕;劉振興;;關(guān)于磁重聯(lián)區(qū)三維磁零點的衛(wèi)星觀測研究[J];北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年03期

5 汪景t,史忠先;太陽光球?qū)哟胖芈?lián)的直接證據(jù)[J];Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics;1991年04期

6 張延安,宋慕陶,季海生;一個中小型拋射的精細結(jié)構(gòu)觀測—太陽低層大氣磁重聯(lián)的證據(jù)[J];天文學(xué)報;2002年02期

7 張輝;濮祖蔭;曹馨;傅綏燕;肖池階;劉振興;A. Korth;M.Frazen;Q.G.Zong;H.Reme;K.H.Glassmeier;R.Friedel;G.D.Reeves;M.W.Dunlop;;尾瓣持續(xù)磁重聯(lián)與磁層亞暴相關(guān)性研究[J];科學(xué)通報;2006年04期

8 蘇楊;;太陽磁重聯(lián)的新證據(jù)[J];物理;2013年09期

9 肖池階;王曉鋼;濮祖蔭;馬志為;汪景t;趙輝;周桂萍;劉振興;;磁零點與三維磁重聯(lián)幾何結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星觀測研究[J];中國基礎(chǔ)科學(xué);2007年04期

10 肖池階;王曉鋼;濮祖蔭;馬志為;趙輝;周桂萍;汪景t;劉振興;;三維磁重聯(lián)觀測研究進展[J];中國科學(xué)(E輯:技術(shù)科學(xué));2007年05期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 梅志星;林雋;;太陽爆發(fā)過程中的磁重聯(lián)的數(shù)值模擬[A];S14 空間天氣地基監(jiān)測與數(shù)值模擬[C];2012年

2 沈超;劉振興;;可壓縮等離子體中渦旋誘發(fā)磁重聯(lián)特性[A];1998年中國地球物理學(xué)會第十四屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];1998年

3 周國成;;磁重聯(lián)和波關(guān)系討論[A];第十一屆全國日地空間物理學(xué)術(shù)討論會論文摘要集[C];2005年

4 周國成;L．C．Lee;;磁重聯(lián)擴散區(qū)結(jié)構(gòu)的解析研究[A];1994年中國地球物理學(xué)會第十屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];1994年

5 魏新華;周國成;曹晉濱;;近磁尾磁重聯(lián)與波活動增強事件的多點觀測[A];中國地球物理第二十一屆年會論文集[C];2005年

6 魏奉思;胡強;R.Schwenn;馮學(xué)尚;;行星際空間中的磁重聯(lián)現(xiàn)象[A];第九屆全國日地空間物理學(xué)術(shù)討論會論文摘要集[C];2000年

7 史全岐;濮祖蔭;張賢國;傅綏燕;肖池階;劉振興;馬志為;;磁層頂三維磁重聯(lián)的初步數(shù)值模擬研究[A];中國地球物理.2003——中國地球物理學(xué)會第十九屆年會論文集[C];2003年

8 濮祖蔭;肖池階;張賢國;王玨;周煦之;付綏燕;謝倫;王曉鋼;馬志為;宗秋剛;劉振興;M.W.Dunlop;;磁層磁重聯(lián)觀測研究進展:中國雙星計劃探測新成果[A];第十二屆全國日地空間物理學(xué)術(shù)討論會論文摘要集[C];2007年

9 濮祖蔭;徐良;徐濤;付綏燕;康孔斌;劉振興;;向陽面磁層頂?shù)乃矔r磁重聯(lián)[A];寸丹集——慶賀劉光鼎院士工作50周年學(xué)術(shù)論文集[C];1998年

10 周國成;蔡春林;曹晉濱;王德駒;;近地磁尾準無碰撞磁重聯(lián)事件[A];中國空間科學(xué)學(xué)會空間探測專業(yè)委員會第十五次學(xué)術(shù)會議論文集[C];2002年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 記者 常麗君;美擬發(fā)射衛(wèi)星探測磁重聯(lián)現(xiàn)象[N];科技日報;2010年

2 吳晶晶邋李斌;我科學(xué)家繪出太空磁場三維“天然舞姿”[N];新華每日電訊;2007年

3 記者 袁于飛;“等離子體云塊”身世被解密[N];光明日報;2013年

4 記者　 許琦敏;首次觀測到神奇“磁零點”[N];文匯報;2006年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王理程;磁重聯(lián)過程中生成的阿爾芬波的能量的數(shù)值模擬研究[D];浙江大學(xué);2015年

2 王琳;垂直磁重聯(lián)平面的剪切流對磁重聯(lián)影響的二維混合模擬研究[D];大連理工大學(xué);2015年

3 鄒蓬;太陽暗條形成的觀測研究[D];南京大學(xué);2017年

4 孫建清;太陽耀斑磁重聯(lián)的觀測研究[D];南京大學(xué);2017年

5 王煥宇;引導(dǎo)場磁重聯(lián)中的電子加速[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

6 王嘉琦;剪切流影響磁重聯(lián)過程的幾個現(xiàn)象研究[D];大連理工大學(xué);2009年

7 魏新華;無碰撞磁重聯(lián)中的低頻電磁波活動[D];中國科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）;2007年

8 陳鵬飛;太陽耀斑中磁重聯(lián)的數(shù)值研究[D];南京大學(xué);2002年

9 張清和;日側(cè)磁層頂磁重聯(lián)過程的衛(wèi)星和地面聯(lián)合觀測研究[D];西安電子科技大學(xué);2008年

10 鐘鼎坤;行星際中小尺度結(jié)構(gòu)的綜合研究[D];中國科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）;2007年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 晏水平;X線區(qū)域等離子體對磁重聯(lián)率的影響[D];南昌大學(xué);2012年

2 鄭振;磁重聯(lián)區(qū)X線上的電阻率梯度對磁重聯(lián)過程的影響[D];南昌大學(xué);2014年

3 沈呈彩;雙帶耀斑過程中非穩(wěn)態(tài)磁重聯(lián)的數(shù)值模擬[D];中國科學(xué)院研究生院（云南天文臺）;2009年

4 李興群;用于磁重聯(lián)裝置的沖擊大電流發(fā)生器技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2011年

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本文編號：1292797