高特征频率比下环束流速度分布高能电子驱动的等离子体辐射过程研究

来源 :山东大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liyqi
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
耀斑、日冕物质抛射等太阳爆发现象会释放大量高能电子,可在厘米至千米波段产生强电磁辐射。这一在射电波段辐射增强的现象被称为太阳射电暴。对射电暴的辐射流量频谱和成像观测数据分析可用于推测射电暴的辐射机制,诊断太阳爆发过程和日冕等离子体的性质,以认识太阳大气中磁场能量的储存和释放过程等。对于相当一部分太阳射电爆发现象,其辐射亮温远超相应的热力学温度和高能电子平均能量对应的有效温度,不能用以单粒子为基础的经典电磁波辐射机制来解释,只能引入等离子体相干辐射机制。目前主要提出了两种太阳射电暴的等离子体相干辐射机制,分别是电子回旋脉泽辐射机制和等离子体辐射机制。在最近关于太阳射电暴辐射机制的研究中,Ni et al.(2020)使用粒子模拟方法研究了具有Dory-Guest-Harris(DGH)分布的高能电子所驱动的电子回旋共振(脉泽)不稳定性(Electron Cyclotron Resonance(Maser)Instability:ECMI)—等离子体辐射过程。他们发现在高特征频率比(ωpe/ωce=10)下,具有(?)f/(?)v丄>0特征的DGH速度分布函数可以激发电子回旋共振不稳定性,产生Z模、高杂波(UH)、哨声波(W)等模式;在模拟结果中也观测到O模基频辐射(F)和谐频辐射(H)等可逃逸模式,其中,Z,UH和W模的激发可用线性动理论所描述的波粒共振过程(ECMI)来解释,而F和H等辐射模式无法用该线性理论解释。根据PIC模拟结果,Ni et al.(2020)提出基频辐射是由几乎反向传播的Z模和哨声波的非线性并合产生的,谐频辐射是由几乎反向传播的高杂波非线性并合产生的,这与传统的由束流电子驱动的等离子体辐射机制不同。值得关注的是,该模拟得到的基频和谐频辐射比模拟系统中相应的热噪声水平仅高出1~2个数量级,辐射的激发效率相对较低。为了得到更强的基频和谐频辐射的激发效率,本工作基于相同的模拟方法和相似的模拟参数(ωpe/ωce=10),但采用不同的高能电子速度分布函数,包括环分布、环束流以及束流分布,在更低的高能电子密度占比(ne/n0=0.01,其中化为高能电子密度,n0为总电子密度)条件下开展相应模式及辐射激发的PIC模拟研究。模拟结果分析表明,在环分布算例中,与Ni et al.(2020)结果类似,高杂波是系统中所激发的最强模式,哨声波和Z模次之;模拟中也得到了等离子体振荡频率(ωpE)附近的O模基频辐射与2ωpe频率附近的谐频辐射。其中,谐频辐射强度和基频相近;O模基频辐射能量与总的高能电子能量之比为~10-8,谐频辐射的能量与总的高能电子能量之比为~10-7。此外,所得O模基频辐射的频率最高可到~10.2ωce,相应群速度可达~0.26c。而由Ni et al.(2020)模拟以及几乎所有基于传统束流驱动的等离子体辐射机制的模拟和理论研究所得的基频辐射频率均与ωpe非常接近,群速度几乎为零,对应于几乎不传播的准静电O模,这些辐射光子会感受到与周围同频振荡的等离子体的折射散射反射和吸收等作用,难以有效传播,未必能轻易逃离源区,与之相比,本工作得到的基频辐射更容易逃逸源区。在束流分布算例中,观察到很强的Beam-UH模式,该模式只出现在准平行方向上。与环分布算例结果类似,高杂波是系统中所激发的最强模式,哨声波和Z模次之;模拟中也得到了最高频率O模~10.2Wce的基频辐射与2ωpe频率附近的谐频辐射。其中,模拟得到的基频辐射强度要比谐频高一个量级;此外,基频辐射强度和Z模强度基本一致,显著高于环分布及Ni et al.(2020)所得的基频辐射强度。在环束流分布算例中,投掷角较小的环束流分布算例(Φ=30°,其中西是束流速度和磁场的夹角)所得电磁场能量随时间演化的结果与束流分布情况非常类似,模式的频率范围,波数范围等结果也基本一致,而投掷角较大的环束流分布算例(Φ=60°)的电磁场能量随时间演化的结果更接近环分布。由于PIC模拟中采用的高能电子速度分布函数不同,尽管主要激发的模式都是高杂波、Z模和哨声模,它们的性质——传播范围,模式强度,频率范围,波数范围等各不相同。随着投掷角的增大,高杂波的模式强度都逐渐减弱,传播范围从准平行方向(Φ=0°)变为垂直和倾斜方向(Φ=90°);W模强度则逐渐增强,传播方向由主要沿平行方向变为主要沿反平行方向;Ez色散关系图中的Z模强度逐渐减小,传播方向基本不变。在所模拟的几种分布中,以环分布对应的基频O模辐射最弱,传播方向大体一致;除环分布外,在环束流及束流分布情况下,均有谐频模式强度显著弱于基频辐射强度谐频的模式强度都逐渐减弱。值得注意的是,在束流算例和环束流分布算例中,相比与Ni et al.(2020)模拟以及所有基于传统束流驱动的等离子体辐射机制的模拟得到的基频O模,本论文展示的基频辐射强度很强,频率较高,且强度比谐频强一到两个量级。考虑到本工作采用的较低的高能电子与背景电子密度比,所得辐射模式的激发效率显著高于Ni et al.(2020)中相应数值。
其他文献
研究目的:1、了解自体腘绳肌腱ACLR患者中高运动需求者的人口学特征;2、了解高运动需求者术后重返运动情况;3、分析影响重返运动的相关因素;4、比较重返运动及非重返运动组患者在躯体功能恢复和心理准备上的差异。研究方法:选取山东大学齐鲁医院近5年(2015年1月至2019年12月)自体腘绳肌腱ACLR病例纳入研究。采集患者病例信息并随访运动需求情况及术后重返运动情况。对于其中高运动需求者发放IKDC
数学变式问题一直是数学教学研究领域的一个重要问题,对促进学生概念和知识的理解以及培养学生的创造性发挥了重要作用。本研究根据课标要求,并依据顾泠沅教授的数学变式分类以及相关的知识编制了测试卷。以289名使用人教版的五年级学生为调查对象。对收集到的数据进行整理和分析,得到以下研究结果:1.变式问题解决整体表现:五年级学生解决数学变式问题整体水平较好。其中,概念性变式的总体表现优于过程性变式。男生和女生
目的探究经自然腔道(阴道)取标本的完全腹腔镜胃癌根治术治疗胃癌的安全性、可行性及近期疗效。方法第一部分整理我科2018年10月至2020年10月行经阴道取标本的完全腹腔镜胃癌根治全胃切除(GC-NOSES Ⅷ式)手术的患者,收集其临床资料加以分析;同时以“胃、自然腔道或阴道或口或肛门或直肠、腹腔镜、手术”及(transvaginal or transanal or transrectal)and(
研究背景心肌梗死(myocardial infarction,MI)严重威胁着人类的健康,而且发病率呈上升的趋势,患者年龄也逐渐年轻化。恶性室性心律失常(ventricular arrhythmias,VAs)及心源性猝死(sudden cardiac death,SCD)是 MI 患者致死、致残的重要原因。近年来一系列研究及我们既往研究证实MI后恶性Vas及SCD与心脏交感神经再生重构导致的心脏
目的:探究胃癌肿瘤患者发生术后A级胰瘘与各项术前个人因素、术后化验指标的相关性;对各类分层因素进行分析,以期找出术后A级胰瘘的危险因素,尽早行临床干预。方法:采取回顾性研究,对山东省立医院东院胃肠外科2020.06.01-2020.11.26的96例胃癌手术患者进行统计。手术类型包括胃癌全胃根治性切除术、远端胃根治性切除术;近端胃根治性切除术。手术方式涵盖了经腹开放手术、腹腔镜辅助手术及达芬奇机器
近年来,大众对身体的关注度急剧增加。“完美的身体”是现代消费文化的主流理想之一。不同性别对完美身材的追求不同。一般来说,女性想要更瘦一些以实现“理想身材”,而男性则想要更强壮、锻炼更多肌肉来达到“理想身材”。有人提出,这种对完美身体的追求会影响到个体行为。个体对“完美身材”的内化程度会产生负面影响,如饮食失调、过度的肌肉锻炼。这种对完美身体的追捧在大众文化中尤其明显。例如在广告中,大家常会看到那些
本文主要研究TV和稀疏表示模型在图像分层中的结合应用.我们通过一个两步的方法,分别计算并提取图像的背景层以及纹理层,从而实现图像的分层.在图像中,有意义的部分隐藏在网格等纹理背后是一个很普遍的现象,而从复杂的纹理或网格中提取出有效的信息成为了一个具有挑战性的问题.全变分和稀疏表示是图像处理问题中的两类经典的模型,在本文中,我们提出了 一个基于全变分和稀疏表示模型的图像分层算法.我们将图像分为了两层
DNA复制起始位点(Origins of Replication,ORIs)识别是生物信息学领域的重要研究课题之一。DNA复制是最基础的遗传信息传递过程,影响着细胞分裂、细胞分化和基因表达等过程。因此,通过计算方法实现DNA复制起始位点识别对探求细胞复制机理、基因表达过程、基因突变过程和相关疾病的发病机理等具有重大意义。增强子(Enhancers)及其类型识别是生物信息学领域中新兴的热门研究课题之
随着互联网技术的发展,能源互联网已经深入人们的工作和生活。电网是能源互联网的重要组成部分,所以电力系统的暂态稳定性分析对能源互联网安全稳定运行有重要的意义。本研究中,用门图神经网络(Gated Graph Neural Network,GGNN)来评估电力系统的暂态稳定性,并推断造成电力系统失稳的事件类型。首先,条件生成对抗网络(Conditional Generative Adversarial
随着深空探测技术的不断提高,火星成了新的研究焦点。火星岩石蕴含着大量的地质学信息,是火星探测的理想目标,地面工作人员可以通过火星车选择合适的目标,利用搭载的仪器进行深入分析。由于火星与地球间存在较长的通信延迟,提高火星车的自主运行能力就显得尤为重要。火星车的自主性包括两方面,一是自主选择合适的岩石目标进行探测,二是选择合适的数据传回地球。本文利用深度学习技术,对提高火星车自主性进行了如下几个方面的