磁化等離子體中非線性波特性的研究.pdf

1、等離子體是宇宙中廣泛存在的一種物質(zhì)形態(tài)，其內(nèi)存在著十分豐富的集體現(xiàn)象。隨著非線性物理學的發(fā)展，對等離子體非線性現(xiàn)象的研究已成為當前等離子體物理學研究的一個重點。本文建立并研究了幾種磁化等離子體模型，數(shù)值研究了其中孤波、激波的結(jié)構(gòu)和傳播特征，同時還研究了孤波間相互作用所產(chǎn)生相移的問題。主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　1.研究了含電子的磁化對離子等離子體（Pair Ion Plasma）中非線性波的特性。利用約化攝動法導出了含電子的磁化

2、對離子等離子體的離子磁聲孤波KdV方程，得出了解析解，用數(shù)值方法研究了孤波的結(jié)構(gòu)隨物理參量的變化關系。研究發(fā)現(xiàn)，孤波的振幅和寬度隨外加磁場的磁感應強度、等離子體粒子數(shù)密度和負離子的濃度有密切的關系。當磁感應強度逐漸增大時，孤波振幅逐漸增大，而其寬度卻逐漸減??；磁聲孤波的振幅隨正離子粒子數(shù)密度的增加而減小，而寬度卻單調(diào)地增加；當負離子的濃度增加時，孤波的幅度也逐漸增加，但孤波寬度不隨負離子濃度單調(diào)的變化，其規(guī)律是先隨負離子濃度的增加而增加

3、，當?shù)竭_一個臨界值后，再隨濃度的增加而減小。
　　2.研究了含塵埃雜質(zhì)的對離子等離子體中塵埃磁聲孤波的特性。基于由三磁流體組成的磁化等離子體系統(tǒng)，利用約化攝動法推導得出了描述塵埃磁聲孤波的KdV方程。數(shù)值研究發(fā)現(xiàn)，塵埃磁聲孤波的結(jié)構(gòu)除了隨磁場和等離子體粒子數(shù)密度相關外，還與塵埃的帶電特性，塵埃顆粒的平均電荷數(shù)目，以及塵埃等離子體粒子數(shù)密度有關。當塵埃帶負電時，孤波振幅隨磁感應強度的增加而增加，寬度變化微弱，而當塵埃帶正電時，孤波的

4、振幅與寬度同時隨磁感應強度發(fā)生顯著變化；當塵埃的平均電荷數(shù)增加時，孤波的振幅和寬度也隨之發(fā)生變化。當塵埃粒子數(shù)密度增加時，孤波的振幅隨之明顯增加。
　　3.研究了由電子、正電子和離子組成的磁化量子等離子體中離子磁聲激波的特性。研究中，我們利用量子流體力學和約化攝動法推導得到描述磁化離子聲激波的KdVB方程，得到了解析解。數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)，磁感應強度、正電子與離子粒子數(shù)密度比率、電子粒子數(shù)密度和離子運動粘度對激波的結(jié)構(gòu)和傳播速度有很大影

5、響。研究發(fā)現(xiàn)，磁感應強度與粒子數(shù)密度對激波結(jié)構(gòu)和激波的傳播速度的影響是相同的；在研究電子濃度對激波的影響時，我們發(fā)現(xiàn)著電子與離子粒子數(shù)密度比率的增大，激波的幅度和傳播速度隨之減??；同時研究發(fā)現(xiàn)，激波對離子運動粘度系數(shù)的變化極為敏感，當運動粘度增加時，激波的幅度會快速增加。
　　4.研究了由電子、正電子和離子組成的磁化量子等離子體中電子聲孤波的碰撞特性。利用PLK攝動法推導出磁化量子等離子體系統(tǒng)中沿相反方向傳播的兩個電子聲孤波KdV

6、方程，并求出兩孤波正碰時的相移解析式。數(shù)值研究發(fā)現(xiàn)，電子聲孤波碰撞所產(chǎn)生的相移與電子的量子參量H、離子與電子粒子數(shù)密度的比率?、電子回旋頻率與等離子體頻率的比率?，以及波的傳播方向密切相關。該研究豐富了量子等離子體和高密的天體等離子體的非線性波研究內(nèi)容。
　　5.研究了含非廣延分布電子和正電子的磁化等離子體中離子聲孤波的碰撞特性。利用 PLK攝動法推導出等離子體系統(tǒng)的兩個KdV方程和兩孤波間正碰時的相移，并對相移進行了進行數(shù)值研究