正负电子离子等离子体中动力学阿尔芬孤子文献综述

 2023-11-01 11:14:54

文献综述

文献综述与调研报告(阐述课题研究的现状及发展趋势,本课题研究的意义和价值、参考文献)

除了一般的电子离子等离子体外,正负电子等离子体是一些天体的主要组成部分,如早期的宇宙,活动星系核,脉冲星磁层等。然而,除了电子和正电子外,大多数天体等离子体中包含离子形成所谓的正负电子离子等离子体。例如,来自脉冲星的正负电子等离子体流在进入星际低温低密度电子离子等离子体时,会形成温度不同的正负电子离子等离子体。同样,在许多天体环境中,如星际介质,由于宇宙射线与星际原子相互作用产生正电子,从而形成正负电子离子等离子体。在实验室中,可以将正电子注入托卡马克等离子体中,或通过超短超强激光与靶相互作用产生正负电子离子等离子体。

在过去的几十年里,人们在非磁化以及磁化的正负电子离子等离子体的线性和非线性行为方面已经做了大量的工作,以了解其中所激发的波的基本性质,并应用于解释天体物理中相关的观测现象。其中,正负电子离子等离子体中动力学阿尔芬波的非线性结构引起了人们的极大地关注。在Q<<beta;<<1的磁化等离子体中,当剪切阿尔芬波相对于磁场斜向传播时,由于垂直波长效应,形成具有色散的动力学阿尔芬波(beta;是热压与磁压的比值,Q是电子与离子的质量比)。当动力学阿尔芬波的非线性和色散相平衡时可能形成孤子和电双层等非线性结构。 等离子体中动力学阿尔芬波的非线性结构可以解释空间,天体物理学和实验室等离子体中观察到电磁波动,粒子加速过程和孤子结构。

在麦克斯韦分布的正负电子离子等离子体动力学阿尔芬孤子的研究中,Kakati 和Goswami(1998)报道存在两种压缩孤立波,其存在区域由正电子密度和其他等离子体参数决定。在相同的等离子体模型中,他们还预测存在亚阿尔芬速度的小振幅阿尔芬电双压层,以及亚阿尔芬速度和超阿尔芬速度的稀疏电双层(Kakati和Goswami,2000)。此后,考虑到有限离子温度效应,Sah(2010)对该研究进行了扩展,研究发现同时存在亚阿尔芬速度和超阿尔芬速度的压缩孤子和电双层。这些研究中都假定电子和正电子遵循麦克斯韦分布。然而,在大多数天体物理等离子体中,高能粒子的速度分布不再是理想的麦克斯韦分布。最近,Adnan等人(2016)研究了正负电子为Kappa分布的正负电子离子等离子体中小振幅亚阿尔芬速度的压缩动力学阿尔芬孤子的性质。与Adnan等人(2016)的研究类似,Ahmed和Sah(2017)研究了正负电子为非广延分布的正负电子离子等离子体动力学阿尔芬孤子的性质。

以上有关正负电子离子等离子体动力学阿尔芬孤子的研究中都是假设动量方程中正负电子惯性可以忽略不计。当电子的温度远大于正电子的温度时,极有可能出现电子的惯性可以忽略不计而正电子的压强梯度可以忽略不计的情况。这必然会对正负电子离子等离子体中动力学阿尔芬波的线性色散和非线性结构产生显著的影响。而这种影响可能对观测和实验现象的解释提供新的思路和方向。

参考文献:

[1] 王德焴, 吴德金, 黄光力. 空间等离子体中的孤波[M]. 上海: 上海科技教育出版社, 2000, 45-74.

[2] 柴立晖. 磁场重联中的低频波动和绝热动力学阿尔芬孤立波[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2013: 1-107.

[3] H. Kakatia and K. S. Goswami.Solitary Alfveacute;n wave in an electron positron ion plasma[J]. Phys. Plasmas,1998,5(12):4229-4235.

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