收藏本站
《大连理工大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

正负电子等离子体静电波的精解研究

吕改敏  
【摘要】: 纯净的正负电子等离子体是由质量相等,电荷符号相反的正电子和负电子对组成的等离子体。但是大多数情况下,空间等离子体中含有离子组分,有时甚至含有多种不同的离子组分,从而构成复杂的正电子-负电子-离子等离子体。 正负电子等离子体广泛的存在于宇宙形成初期(宇宙大爆炸理论),以及中子星、脉冲星、太阳耀斑、黑洞、活动星系核的极区射流中,等。此外,实验室也可以利用超强激光束中光子-光子之间的散射效应、γ射线与原子核的作用等产生正负电子等离子体。 由于正电子和负电子质量相等,在正负电子等离子体中由质量差异引起的集体效应都不再出现,比如离子声波,低杂波等离子时间尺度上的低频现象。同时电子和正电子电性相反的特性又使得负(正)电子引起的效应可以被正(负)电子抵消,从而显露出独特的性质。另一方面,正负电子等离子体满足等离子体的约束条件,具有和经典等离子体相似的物理性质。 本论文中,我们将详细的对正负(离子)电子等离子体中的静电波进行精确解研究。 在非线性等离子体波研究中,人们通常先假设系统处在一个稳态或者准稳态,再在此基础上添加一个小振幅(线性)扰动,进而考虑系统因不稳定而引起的非线性增长情况及饱和状态,即是研究线性波转化成弱非线性或准线性的波—波相互作用或波—粒相互作用。 但并不是所有的等离子体系统都可以拥有一个平衡态,比如早期宇宙或者某些高能量系统是远远偏离平衡态的,有的甚至经过很长时间也不能达到稳定状态,而以一种(准)周期的动态平衡模式存在。这时可以用一个跟着波走动的坐标来研究准稳态的大振幅(nonperturbative)波动,并在合适的边界条件下精解整个系统的控制方程。这种数学的精解处理是完全没有扰动的,因此所得的精解总是满足系统的控制方程。目前这类问题刚刚开始有较广泛的研究。 首先介绍了本课题的研究背景知识。综合描述了正负电子等离子体以及正负电子等离子体波的性质,尤其非线性波的性质,研究意义和研究进展。重点介绍了前人的部分研究结果和进展。 采用一维热流体模型,利用完全无扰动的精解方法,对绝热的纯净正负电子等离子体中的静电波问题进行研究。等离子体状态方程假定为绝热状态。发现在正负电子等离子体中存在光滑的调制波和尖波,并且慢波能量较小,只能以小振幅形式出现,快波的能量比较大,振幅很大。通过计算发现,纯净正负电子等离子体中的能量会通过快波很快的传输出去。而在线性或者弱非线性情况下,波的群速度和能量传输主要依赖于波长。由于Sagdeev势的表达式呈现对称性,因此系统中不存在等离子体孤立波解。 在纯净的正负电子等离子体中增加了离子组分,考虑由三种组分组成的混合等离子体中静电波的精解问题。其中,等离子体为绝热状态。离子考虑为重粒子,因此作为均匀背景考虑。通过计算发现,等离子体系统可以存在多个动力学准平衡态。电子和正电子的密度波形既可以出现光滑波形,又可以存在尖波波形。大振幅波相速度比较大,但是小振幅波的相速度可大可小。尽管Sagdeev势在形式上不完全对称,但是透过Sagdeev势的表达式和图示结果,可以确定利用这种分析方法,系统中不存在等离子体孤波解。 对相对论的纯净正负电子等离子体中的静电波精解问题进行了研究。假定等离子体处于绝热状态,并假定静电场不改变被捕获粒子的温度。通过计算发现,等离子体存在巨大的密度涨落。根据所选参数不同,等离子体中还出现了波长非常长的周期尖波结构,但是由于Sagdeev势在静电势阱中总是呈现对称结构,因此不存在等离子体孤立波解。由于这种波结构可以有非常高的准静态静电场,因此对于解释高能天体物理现象、激光产生电子和正电子并且对其进行加速的设计问题有十分重要的作用。而且这种等离子体系统的哈密顿量形式与电子-半导体系统相似,所以该结果也可以直接应用于电子-空穴半导体系统(粒子的动量-能量关系在强场中呈非抛物线形式)。 这些分析结果对更细节的等离子体系统中大振幅波的分析和数值模拟研究具有一定的指导作用。 最后,总结全文并提出工作展望。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O53

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 廖妍俐;刘三秋;汪浩;;极端相对论性正负电子对等离子体中横振荡的色散关系[J];强激光与粒子束;2008年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐燕侯;嵇震宇;陈宝彦;方璐;;再入等离子体鞘层中斜入射平面电磁波的传播特性[J];安徽工学院学报;1984年04期
2 吴彦斌;;SUNIST球形托卡马克MHD不稳定性的探讨[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2009年03期
3 聂磊,蔡坚,贾松良,王水弟;微电子封装中等离子体清洗及其应用[J];半导体技术;2004年12期
4 李疏芬,曹金祥;发动机喷焰对微波相移特性的探讨[J];火炸药学报;1997年02期
5 徐劳立;侯碧辉;;环形电流在非均匀磁场中的漂移[J];北京工业大学学报;2008年01期
6 贺碧蛟,张建华,蔡国飙;稳态等离子体推进器羽流场数值模拟[J];北京航空航天大学学报;2005年09期
7 赵宏康,陆建萍;平面电磁波在等离子体中的吸收衰减[J];北京理工大学学报;2004年04期
8 田莉荣,童 ;活动星系核相对论喷流的加速机制[J];北京师范大学学报(自然科学版);1998年01期
9 王心亮;叶丹;顾璠;;爆轰等离子体非平衡区的双流体模型[J];爆炸与冲击;2008年02期
10 王肖钧,肖绍平,胡秀章;通量修正输运法在动态有限差分和有限元中的应用[J];爆炸与冲击;1998年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张宪标;汪沨;乐孟常;戴涛;;采用PIC法SF_6/N_2混合气体中绝缘子沿面放电特性仿真[A];2011中国电工技术学会学术年会论文集[C];2011年
2 陈龙溪;钟方川;张海花;韩敬;;Rotamak中离子运动对旋转磁场电流驱动的影响[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年
3 黄凤;陈银华;王飞虎;;非均匀等离子体中低杂频段电磁不稳定性[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年
4 潘清;周游;刘昌俊;;等离子体影响下纳米铂颗粒的制备与表征[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
5 蔡旺春;戴松涛;;具有低目标特征的等离子体层设计[A];2006年全国功能材料学术年会专辑(Ⅲ)[C];2006年
6 汤道坦;柳青;秦晓刚;陈益峰;杨生胜;郑阔海;;玻璃盖片二次电子发射对高压太阳阵功率损耗的影响研究[A];第三届空间材料及其应用技术学术交流会论文集[C];2011年
7 李杰;胡松杰;;行星际等离子区对火星探测器转移以及环绕轨道距离观测量的影响[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第六届学术年会暨863计划“深空探测与空间实验技术”重大项目学术研讨会论文集[C];2009年
8 崔景芝;王振龙;;电火花加工放电通道的微观模拟[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
9 曹建章;陈国瑞;;微波在等离子体中的吸收特性研究[A];2001年全国微波毫米波会议论文集[C];2001年
10 夏新仁;尹成友;王光明;;天线实现等离子体隐形的可行性分析[A];2007年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨冬;啁啾激光抑制等离子体参量不稳定性的研究[D];中国工程物理研究院;2009年
2 章征伟;径向质量分布对丝阵Z箍缩等离子体内爆动力学的影响[D];中国工程物理研究院;2010年
3 但加坤;强X射线与金属作用产生脉冲强电流效应研究[D];中国工程物理研究院;2010年
4 胡海燕;等离子体喷涂射流的数值模拟[D];浙江理工大学;2010年
5 陈明敏;连续弧等离子点火电源技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 吴曙亮;横向来流对等离子点火器点火区域的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 孙亮;电弧离子镀内孔镀膜研究[D];大连理工大学;2010年
8 魏波;脉冲电晕放电过程中OH自由基的光学测量[D];浙江大学;2010年
9 孙丽达;纳米ITO粉末制备工艺技术的研究[D];昆明理工大学;2009年
10 张瑾;气相法制备超细锡基无铅焊料粉体的研究[D];昆明理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 廖妍俐;刘三秋;汪浩;;极端相对论性正负电子对等离子体中横振荡的色散关系[J];强激光与粒子束;2008年05期
2 王伟民;郑春阳;;超强短脉冲激光在不同密度分布等离子体中的自聚焦[J];物理学报;2006年01期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 陈约奇;刘三秋;姜卫群;;费米分布相对论等离子体的色散关系[J];强激光与粒子束;2006年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 霍裕平;等离子体的静态稳定性[J];物理学报;1977年02期
2 章其初,郑宗爽,刘家瑞;采用氢原子束测定空心阴极放电管中等离子体密度[J];科学通报;1982年14期
3 谭维翰,顾敏;等离子体钢丝二次谐波辐射的线性转换理论[J];光学学报;1988年09期
4 冯贤平,范品忠,陈时胜,关铁堂,徐至展;激光产生的铝、硅、氧、铜、硒等离子体X光谱[J];光学学报;1989年08期
5 C.Ngo ,景成祥;从核的多重碎裂到夸克—胶子等离子体[J];原子核物理评论;1989年02期
6 朱士尧;受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之七)[J];现代物理知识;1992年03期
7 侯先斌,冯贤平,龚尚庆,藤华国,张正泉,徐志展;短脉冲激光产生的等离子体X射线辐射[J];原子与分子物理学报;1995年01期
8 李全春;;白云鄂博铁矿中钙、镁、锰的等离子体光谱测定[J];光谱仪器与分析;1995年Z1期
9 顾琅;等离子体加工过程中尘埃微粒行为的研究[J];力学进展;1997年01期
10 董全力,王军,张少龙,满宝元,王象泰,于衍宏;激光等离子体产生条件的实验研究[J];光电子.激光;1999年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 田修波;Paul K.Chu;杨士勤;;基于等离子体注入技术的复合表面处理[A];2002年材料科学与工程新进展(上)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
2 刘华;张凯;;一种高效等离子体腔体的开发[A];第十二届全国微波能应用学术会议论文集[C];2005年
3 董春凤;崔正英;杨青巍;季小全;周航宇;冯北滨;李伟;孙红娟;李永高;;HL-2A欧姆和ECRH条件下的能量约束数据库的建立及分析[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年
4 茅卫红;张慧云;陈宏;;低压直流辉光等离子体的放电特性[A];第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集(下册)[C];2010年
5 方容川;常超;廖源;崔景彪;;功能材料制备中的等离子体发光与过程选控[A];第九届全国发光学术会议摘要集[C];2001年
6 丁大宇;孙剑;许宁;应质峰;吴嘉达;;ECR等离子体和PLA等离子体相互作用的研究[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年
7 张鹏;黄渊;孙平;傅炳忠;卢杰;丁玄同;;激光吹气技术在HL-2A托卡马克上的应用[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
8 赵玲利;刘才;王守国;;用等离子体笔对微生物病菌的杀灭和治疗湿疹皮肤病研究[A];2006中国微生物学会第九次全国会员代表大会暨学术年会论文摘要集[C];2006年
9 任兆杏;张俊彦;王舟;任炟;;微波同轴表面波等离子体镀膜设备[A];第六届华东三省一市真空学术交流会论文集[C];2009年
10 蒋小华;白波;李文洪;刘永刚;李朝光;陈铭;;冕区等离子体状态参数实验[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王明俊 记者 张琦 首席记者 王唯先;等离子体种子:推广进入“全高铁”时代[N];牡丹江日报;2011年
2 顾琅 中国科学院力学研究所研究人员;等离子体与人类何干?[N];大众科技报;2011年
3 记者 操秀英;“人造太阳”进展顺利 等离子体研究将有较大进展[N];科技日报;2010年
4 张晋凤;LG电子力推等离子体空调[N];科技日报;2000年
5 李建伟;等离子体消毒前景看好[N];健康报;2003年
6 周有恒;等离子体[N];中国化工报;2001年
7 辛 力 ;细胞从等离子体中诞生[N];大众科技报;2003年
8 周志丹 吴忠民 首席记者 王川;我市建立等离子体种子处理服务体系[N];牡丹江日报;2010年
9 记者 刘裕国;等离子体彩电投入生产[N];人民日报;2000年
10 ;等离子体机怎样处理种子[N];吉林农村报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吕改敏;正负电子等离子体静电波的精解研究[D];大连理工大学;2010年
2 陈琳;低温等离子体催化氧化甲烷合成甲醇的应用基础研究[D];浙江大学;2010年
3 闫旭;大气压低温等离子体抑制HepG2细胞增殖的机制研究[D];华中科技大学;2011年
4 李毅人;弱碰撞等离子体中金属栅网附近稳态鞘和预鞘的实验诊断与数值模拟[D];中国科学技术大学;2011年
5 邹秀;低温等离子体磁鞘特性的研究[D];大连理工大学;2005年
6 李明东;以煤层气为冷却剂的等离子体裂解煤制乙炔方案研究[D];清华大学;2004年
7 李志超;大尺度激光等离子体相互作用的实验研究[D];中国科学技术大学;2011年
8 傅磊;氢等离子体制备纳米硬质合金粉末的研究[D];清华大学;1997年
9 袁承勋;等离子体中太赫兹波传输特性理论研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 黄渊;HL-1M等离子体边缘湍动输运的长程相关特性研究[D];核工业西南物理研究院;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张红艳;同轴电极介质阻挡大气压辉光放电数值模拟[D];大连理工大学;2006年
2 陆建萍;电磁波在等离子体中的吸收衰减[D];北京理工大学;2004年
3 盖轲;废水中有毒物质的等离子体降解及其中间产物的高效液相色谱分析[D];西北师范大学;2003年
4 奚衍斌;Alfvén波的电子回旋动力学理论研究[D];大连理工大学;2004年
5 迟丽华;等离子体对作物种子生物学效应的研究[D];吉林农业大学;2004年
6 朱希睿;等离子体状态方程的Hartree-Fock-Slater自洽场计算[D];中国工程物理研究院;2005年
7 张凯;椭球谐振腔微波等离子体系统的研究[D];电子科技大学;2006年
8 诸葛天祥;微波等离子灯的仿真优化与设计开发[D];电子科技大学;2008年
9 陈健;等离子体与含能材料相互作用的理论与实验研究[D];南京理工大学;2002年
10 张磊;等离子体中几类声孤波特性的研究[D];西北师范大学;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026