太阳风中非线性离子波研究的解析方法Ⅲ

本文是文[1]的继继续与深入，基于所导出的太阳风磁化等离子体中非线性静电离子声波孤立子传播的非线性控制方程，考虑电子捕获效应，使用解析方法得到了扰动位势的精确解，并讨论了等离子体参数变化对孤立子形成的影响。与以前结果比较，区别于以前的等离子体背景情况，发现在适当的等离子体背景下控制方程允许有45度附近方向传播的大振幅离子孤立波．但大振幅孤波主要是在垂直于磁场方向如太阳风方向附近形成，这与Heliosl，2卫星观测结果相吻合。     

相对论长脉冲激光在非均匀等离子体中的传播特性

通过解析和数值方法研究了相对论长脉冲激光在非均匀等离子体中的传播.首先,得到了激光脉冲在均匀等离子体中传播的解析解,并通过数值模拟进行了验证.结果表明,长脉冲激光在均匀等离子体中传播时,脉冲宽度的变化不影响激光强度空间分布的变化;然而,激光脉冲的强度和电子密度的空间分布可以通过调制等离子体频率来调节.在具有高斯型密度分布的非均匀等离子体中,随着高斯型密度分布振幅的增大,激光脉冲的强度逐渐增强,激光脉冲的横向分布逐渐呈现出尖锐状分布;在具有反高斯型密度分布的非均匀等离子体中,随着反高斯型密度分布振幅的减小,激光脉冲的强度逐渐减小,激光脉冲呈现横向平台状分布.因此,等离子体的非均匀性对长脉冲激光的传播有着重要的影响.     

非线性尘埃声波在含有2种不同温度离子的尘埃等离子体中的稳定性问题

在无磁场的尘埃等离子体中 ,由冷的尘埃颗粒和热的电子和离子组成的尘埃等离子体 ,对于有限的小振幅的非线性波的运动可以用KdV方程描述 .对由 2种不同温度离子的尘埃等离子体中的弱二维尘埃声波 ,得到了它所满足的KP方程 .并且发现 ,在横向扰动下 ,弱的非线性孤立波在尘埃等离子体中是稳定的 .在这个系统中既存在压缩孤立波又存在稀疏孤立波     

Alfven波在不均匀稀薄背景等离子体内的畸变

本文应用平滑扰动法,处理了一维情况下Alfven波在双等离子体流模型中的传播问题。在此模型中,认为稠密的等离子体束流是入射于一稀薄的不均匀等离子体之中的。结果表明,波内磁场受不均匀性的影响将发生畸变,为束流内的扰动磁场与背景等离子体内的磁场间的耦合提供了通道。     

射频电感耦合闭式等离子体产生与光谱诊断的实验

设计了一种闭式等离子体发生装置,采用射频电感耦合方式,以氩气为工作气体,在封闭式腔体低气压环境下进行放电实验。利用发射光谱法,测量了密闭腔体侧面方向的Ar谱线数据,研究了等离子体电子激发温度和电子密度随空间位置的分布规律以及不同射频功率对电子激发温度和电子密度的影响。等离子体中电子激发温度的变化通过玻尔兹曼斜率法进行分析,电子密度的变化则通过分析Ar原子750.4nm谱线强度变化获得。实验结果表明,该发生装置能够产生均匀持续的等离子体层,等离子体中电子激发温度约为9 500K。等离子体电子密度和电子激发温度随着输入射频功率的增加而增大,但变化幅度在减弱;当足够的输入功率时,等离子体层参数随位置的变化幅度较小。     

螺旋型天线螺旋波等离子体特性研究

为提高等离子体密度和工质气体电离率,本文采用螺旋天线产生的螺旋波激励Ar等离子体,并利用射频补偿Langmuir探针分析了等离子体的离子密度和电子温度特征.试验结果表明,气压增加的同时,随着功率的升高,螺旋波等离子体出现放电模式转换,提前进入螺旋波放电模式.在1.0 Pa压强下,当射频功率达到400 W时,等离子体进入螺旋波放电模式,此时扩展区域的等离子体密度超过1×10¹⁸ m^-3.电子密度在放电管中心区域最高,并沿径向逐渐降低.本文的研究结果将为大体积H₂螺旋波等离子体提供依据和经验.     

绝热放电现象和粒子碰撞对磁化尘埃等离子体中低频静电波稳定性的影响

考虑到尘埃绝热放电现象、外磁场、碰撞、离子与尘埃温度之比、电子与离子数密度之比以及斜传播等因素对均匀尘埃等离子体中低频静电波的影响,其中包括高能离子和玻耳兹曼分布电子,运用简正模分析法,得出了低频波的色散关系.研究表明,以上诸因素对低频波有很大影响.研究中包括两种不同的低频波模式.在研究斜传播对低频波的影响时,发现当θ=π/2时,第一种模式是稳定的;而第二种模式存在一个稳定区域,即1.3≤θ≤1.7.     

电子的非广延分布对复杂多组分热等离子体中(1+1)维非线性离子声孤波的影响

通过约化摄动方法,研究了电子的非广延分布对多组分热等离子体中(1+1)维非线性离子声孤波.推导得到了用来描述非线性离子声波运动过程的KdV方程,并利用数值模拟的方法,发现复杂等离子体系统的各种参数对非线性离子声孤波的振幅、宽度和波形等存在重要影响.     

大气压氩气微波等离子体参数的光谱诊断

为了深入了解大气压下氩气微波等离子射流内部电子的状态,利用发射光谱法对大气压下氩气微波等离子体进行了诊断.以玻尔兹曼斜率法对等离子体中电子激发温度进行测算,以斯塔克展宽计算电子密度.研究了等离子体射流方向上不同区域电子激发温度和电子密度的分布规律及微波功率对电子激发温度和电子密度的影响.结果表明,在本实验条件下等离子体射流电子激发温度为4 000～6 000 K,电子数量密度为(2.4～2.8)×1018 cm-3,电子激发温度和电子密度的最大值均出现在距波导管底边20 mm处,并以此处为中心,分别向上下2个方向呈现不完全对称的递减分布,微波功率增加影响等离子体电子密度和电子温度的交替上升.     

强激光在不均匀等离子体中传输的成丝不稳定性

近年来,随着超短超强激光技术的发展,超强激光与等离子体相互作用方面的研究受到了越来越多研究者的重视.其中,强飞秒激光在等离子体中传输时的成丝不稳定性是一个重要的研究课题.因为其在激光引雷以及激光诱导电离光谱分析等诸多方面具有广阔的应用前景.本论述主要研究了线性极化激光束在轴向不均匀等离子体中传输时的成丝不稳定性,通过理论推导建立了相对论非线性激光场对应的非线性波方程.考虑到激光振幅在不均匀等离子体中的横向扰动,如果这种扰动以确定的形式给出,则将该形式代入并求解已得的扰动波方程就可以得到在轴向密度发生变化的等离子体结构中激光成丝不稳定性的增长率.     

尘粒电荷变化的尘埃等离子体中的MKP方程

使用约化摄动法得到了描述含有尘埃颗粒电荷变化、非热力学平衡离子和玻尔兹曼分布的电子的热尘埃等离子体中的二维尘埃声波的Modified KP(MKP)方程.数值模拟结果表明,诸多等离子体参数,如快离子数,尘埃电荷变化、尘埃流体、离子和电子的温度,以及离子的数密度等均会影响和改变孤波的振幅和宽度.     

绝热放电现象和粒子碰撞对磁化尘埃等离子体中、低频静电波稳定性的影响

考虑到尘埃绝热放电现象、外磁场、碰撞、离子与尘埃温度之比、电子与离子数密度之比以及斜传播等因素对均匀尘埃等离子体中低频静电波的影响，其中包括高能离子和玻耳兹曼分布电子，运用简正模分析法，得出了低频波的色散关系．研究表明，以上诸因素对低频波有很大影响．研究中包括两种不同的低频波模式．在研究斜传播对低频波的影响时，发现当θ=π／2时，第一种模式是稳定的；而第二种模式存在一个稳定区域，即1.3≤θ≤1.7.     

含有非热离子及尘粒电荷变化的尘埃等离子体中的KP方程

使用约化摄动法得到含有非热离子、尘粒荷电变化的热尘埃等离子体中的KP方程.结果表明,非热离子分布会严重影响尘粒的电荷数.而且,高阶横向扰动的存在使得尘埃声孤波的振幅减小,而宽度增大.同时,该体系中稀疏形孤波和压缩形孤波共存.     

多组分复杂等离子体中(2+1)维非线性离子声孤波的传播特性研究

研究了复杂等离子体中(2+1)维非线性离子声孤波的传播特性.应用约化摄动法推导得到了用来描述含有非广延电子-正电子分布的多组分尘埃等离子体中(2+1)维非线性离子声孤波的Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程.获得了非线性离子声孤波的非线性强度、振幅与宽度等传播特性随系统参数的变化规律,明确了系统参数对(2+1)维非线性离子声孤波传播特征的重要影响.     

包含双温非热离子的尘埃等离子体中的三维尘埃声孤波

考虑高阶横向扰动的因素,使用约化摄动方法得到描述含有双温非热离子的无磁化尘埃等离子体中的尘埃声波的(3+1)维KP方程.详细讨论一些尘埃等离子体系统参数如电子与非热高温离子数密度v与μh、快离子数λ(α)、低温非热离子与电子的温度比1β、非热双温离子温度比2β对尘埃声孤波性质的影响.研究结果表明:这些因素均可显著影响和改变孤波结构.在考虑双温非热离子后,稀疏形孤波与压缩形孤波的临界条件也发生极大变化.     

电子回旋共振等离子体静电探针诊断技术研究

采用Langmuir静电单探针和双探针诊断技术对微波电子回旋共振(ECR)装置产生的低温低气压氮气等离子体进行诊断.测量了等离子体密度随微波功率,轴向距离,径向距离的变化关系以及电子温度随轴向距离的变化关系.采用3种不同理论计算等离子体密度;分别采用单探针与双探针测量电子温度.结果表明,由饱和电子电流计算得到的电子密度与由受限轨道理论计算得到的电子密度相一致,约为1×1010/cm3,而由饱和离子电流计算得到的电子密度在2×1010/cm3左右;由单探针测量的轴向电子温度最高可达7 e V,而双探针的测量值最大仅为4.5 e V.越靠近离子源处,这一差异性越明显.然后引入Langmuir受限轨道理论对这些差异现象进行分析,提出电流分离的思想,将电子电流与离子电流分离,证明了受限轨道理论在ECR等离子体中的适用性.通过利用电流分离思想除去离子电流的方法得到负偏压部分的电子电流,解决了使用单探针测量电子温度时直线部分不明显的问题.     

任意尘埃大小分布对非磁化尘埃等离子体中包络孤波的影响

研究了包含尘埃颗粒以及玻尔兹曼分布的离子和电子的非磁化尘埃等离子体中的非线性包络孤波.运用约化摄动方法得到了(1+1)维非线性薛定谔方程,并通过数值方法分析了任意尘埃大小分布对非线性色散关系以及群速度的影响.此外,对包络孤波的振幅和宽度也进行了研究.     

托卡马克中电子温度分布函数的研究

应用粒子输运模型来研究粒子温度扰动分布情况,得到了温度扰动分布函数与热传导率以及阻尼因子的关系,计算表明,在均匀介质系统下,其温度扰动分布函数伴随热传导率以及阻尼因子的增大在减小.电子输运由中心位置向等离子体边缘靠近时,温度扰动分布函数在逐渐减小.     

托卡马克中电子温度扰动分布的研究

应用粒子输运模型来研究粒子温度扰动分布情况,得到了温度扰动分布函数与热传导率以及阻尼因子的关系,计算表明,在均匀介质系统下,其温度扰动分布函数伴随热传导率以及阻尼因子的增大在减小.电子输运由中心位置向等离子体边缘靠近时,温度扰动分布函数在逐渐减小.     

双温非热尘埃等离子体中的二维尘埃声孤波

使用约化摄动方法得到了高阶横向扰动下的含有双温非热离子的无磁化尘埃等离子体中的KP方程.研究结果表明,高阶横向扰动会使孤波的振幅减小,而使宽度增大,双温非热离子的存在会严重影响着尘埃声孤波的结构,而且,稀疏形孤波与压缩形孤波均可能出现.