磁湍动条件下高能粒子的激波加速机制的研究

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:saya1989
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我们在具有湍动的磁场和各种位型的磁流体力学激波条件下(θBN~[0,90°],代表激波法向和平均磁场的夹角对大量测试粒子进行了数值计算。在垂直激波条件下,我们研究了激波强度和粒子初始能量对粒子穿越激波的平均能量变化的影响,分析了漂移加速在不同条件下对粒子加速的贡献,并给出了一个与数值模拟结果相符合的加速理论公式。我们发现,加入磁场湍流后,在垂直激波条件下漂移加速是粒子加速的主要机制,而基于粒子引导中心的耗散激波加速机制在此条件下贡献很小。在平行激波条件下,我们研究了漂移加速和耗散加速在不同条件下对粒子加速的贡献,我们发现部分粒子穿越激波的次数显著上升并伴随着能量的大幅度的增加的现象。我们认为,在加入磁场湍流后,平行激波条件下粒子受到基于粒子引导中心的耗散加速作用影响较垂直激波的情况显著,但仍然不是主要的,而可能是由于粒子在激波面附近发生多次的穿越受到湍流感应电场的漂移加速。在具有不同θBN角的斜激波条件下,在加入磁场湍流后,粒子平均每次穿越激波面获得的能量在平行和垂直激波情况下出现峰值,并且垂直条件下的更大,但是平行激波可以将粒子加速的能量最高;θBN接近0和90°的位型的斜激波条件下粒子可能受到两种加速机制的共同作用,即漂移加速机制和基于粒子引导中心的耗散加速机制,但是粒子仍主要受到漂移加速的作用,而耗散加速的贡献并没有预计的那么明显。综上所述,描述激波加速的物理过程采用在大于粒子回旋运动的时空尺度上的平均的分析方法可能是不合理的,应该在更小的时空尺度上建立关于粒子加速的物理模型;基于粒子引导中心的耗散激波加速理论在垂直条件下失效,在平行条件下对粒子加速的贡献也不如漂移加速显著;对具有不同的θBN角的激波而言,平行激波可以将粒子加速到更高的程度(能量提高一个量级),虽然在垂直激波条件下粒子平均每次穿越激波的能量获得更高。
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