磁场中非广延相对论费米系统的稳定性

基于磁场中的非广延统计理论,运用理论解析与数值模拟方法,研究磁场中非广延极端相对论费米气体的力学稳定性,给出高温与低温下稳定性条件的解析式,分析非广延参数、极端相对论效应、磁场及温度对系统稳定性的影响机理     

磁场中非广延相对论费米系统的统计性质

基于广义外势中的非广延统计理论,运用理论解析与数值模拟方法,研究磁场中非广延极端相对论费米气体的热力学性质,给出总能、热容量、化学势的解析式,分析非广延参数、极端相对论效应、磁场及温度对系统热力学性质的影响机理.研究显示,非广延参数不仅对热力学性质有直接的影响,而且也影响着磁场的物理效应. 随温度的升高,非广延参数及磁场对热力学性质的影响均被放大.极端相对论效应对化学势及热容量有特别显著的影响.     

相对论q分布正负电子对等离子体横振荡

研究了无磁化、无碰撞、各向同性相对论q分布正负电子对等离子体横振荡色散关系,通过理论推导得到与非广延参数q有关的色散方程。从该色散方程出发,得到极端相对论情况下长波支和短波支下等离子体横振荡色散关系解析解,为了得到完整的色散曲线,对色散方程进行数值计算,在极端相对论情况下数值结果与解析结果在长波支和短波支下完全吻合。研究发现相对论q分布下色散关系与非广延参数q和温度有关,当q1时,则渐进结果与经典统计下的一致。     

飞秒激光与等离子体相互作用中自生磁场的热电机制

采用理论分析和数值模拟研究了考虑相对论效应的自生磁场及其产生机制,给出了自生磁场的解析表达式,得到了温度梯度和密度梯度的非共线性所引起的自生磁场空间分布的时间演化关系。数值结果表明,当峰值强度为1019 W/cm2的激光作用于凹形靶前表面时,在等离子体表面领域观察到的自生磁场最大值为51102 T量级,与实验测量结果相符合。     

层流平衡相对论电子束束流特性的数值计算

通过对层流平衡相对论电子的运动微分方程组进行数值求解,得到正则角动量在pθ=0,pθ=const.和pθ∝r2三种情况下,束流的传输特性.针对pθ=0的相对论实心电子束,利用数值求解得到了与解析方法一致的结果,从而验证了数值方法的合理性;针对无法用解析方法求解的pθ=0环行电子束、pθ=const.和pθ∝r2的情况,利用数值方法得到了束流和空间极限电流关于波导、电子束结构和二极管电压等参数的变化规律及对轴向导引磁场的要求.计算结果表明:当相对论电子束以层流平衡态传输时,环行束较实心束具有更高的空间极限电流和更低的轴向导引磁场,且当阴极发射面与导引磁场的磁场线垂直时,维持电子束层流平衡所需的轴向导引磁场最低;电子束在有限磁场导引下以层流平衡态传输时,空间极限电流明显大于无限大磁场导引下一维近似的情况.利用数值方法对层流平衡相对论电子束进行理论研究,更全面地揭示了电子束在正则角动量满足不同条件时的束流特性,为设计新型结构的高功率微波器件提供理论参考.     

任意磁场位形下弱相对论等离子体的普遍色散关系

由相对论回旋动力论方程出发,推导出弱相对论非均匀等离子体的普遍色散关系。该色散关系可以适用于任意的磁场位形和任意有限频率。在色散关系中把带有速度平方项分母的奇异积分用等离子体漂移色散函数解析地表示出来,从而可以把这一结果用于较系统地解析或半解析地研究由弱相对论效应,磁场的梯度和曲率,回旋频移等共振驱动的各种微观不稳定性的性质。由于推导时考虑了温度各向异性的麦氏分布函数,因而可以直接推广并应用到损失锥非平衡分布的情况。文中还演示了它在低杂漂移不稳定性研究中的应用。由该色散关系出发,可以简捷并系统地得到Drake等人的结果。 关键词：     

谐振势阱中旋转广义玻色系统的热力学性质

以非广延Tsallis统计理论为基础,导出了广义玻色-爱因斯坦统计分布表达式,并用其分别讨论了三维和二维谐振势阱约束的旋转广义玻色气体的热力学性质.结合系统粒子数、玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)临界温度、基态粒子占据率和比热等物理量的解析表达式,分析了非广延参数和势阱旋转频率等因素对系统热力学性质的影响.     

自由电子激光的计算机模拟

本文使用1(2/2)维电磁相对论粒子程序对自由电子激光进行计算机模拟。在线性段,计算机模拟与用解析理论计算的增长率符合很好。与没有轴向引导磁场的自由电子激光相比,加一弱轴向引导磁场时,Wiggler场的强度可降得较低。加一强轴向引导磁场时,波能量达到饱和水平所需时间较短。     

相对论条件下的麦克斯韦分布

本文自玻耳兹曼分布入手，对相对论粒子的麦克斯韦分布作了若干探讨，并由此过渡到非相对论与极端相对论情形．     

短波长自由电子激光器电子运动特性研究

短波长自由电子激光器的电子束在摇摆器中的传输通道长而狭窄, 须得电子具有良好的运动特性, 避免在传输过程中产生横向发散. 本文研究短波长自由电子激光器中超相对论电子在磁场具有横向分布的平面摇摆器中的三维运动特性, 用逐次逼近法推导相对论运动方程的解析表达式, 非线性数值计算模拟传输过程, 采用科尔莫 戈罗夫熵 方法分析运动的稳定性. 结果表明: 摇摆器磁场除使电子做周期性摇摆运动外, 还迭加了偏离轴线的横向漂移运动, 在没有外置的磁场聚焦系统情况下, 电子将偏离轴线横向发散; 但是, 恰当选取电子的横向初始速度, 可有效地防止电子运动的横向发散, 即使没有外置的磁场聚焦系统, 也能在长达10 m 的摇摆器中顺利传输, 横向位移范围不超过0.09 mm, 而且其运动是稳定的. 关键词： 短波长自由电子激光器 平面摇摆器 超相对论电子运动 运动稳定性     

The stability of a non-extensive relativistic Fermi system

Based on the statistical theory of non-extensive relativity,and using theoretical analysis and numerical simulation,the non-extensive mechanical stability of ultra-relativistic free Fermi gas is investigated.The expressions of the stability conditions under high and low temperatures are given,and the mechanisms of the influences of temperature,ultrarelativistic effect,and non-extensive parameter q on stability are analysed.Our results show that at high temperature and under the condition of q < 1,the stability of a non-extensive system is weaker than that of an extensive system,and the relativistic effect reduces system stability as compared with a non-relativistic system.However,under the condition of q > 1,the stability of the non-extensive system is stronger than that of the extensive system,and the relativistic effect strengthens the system stability as compared with the non-relativistic system.In addition,under the condition of low temperature,the variation of the stability of the non-extensive system with temperature has a turning point.     

强磁场中相互作用费米气体的相对论稳定性

由单粒子的弱相互作用能谱及泊松公式,导出了强磁场中相互作用费米气体的相对论热力学势函数,求解了系统力学稳定性的判别式,分析了相互作用、磁场及相对论效应对系统稳定性的影响机理.结果表明,强磁场中弱相互作用费米气体的力学稳定性会受到弱相互作用的影响,强磁场对这种影响具有调节作用,而相对论效应对相互作用的影响基本没有调节作用.     

强磁场中相互作用费米气体的相对论稳定性

由单粒子的弱相互作用能谱及泊松公式,导出了强磁场中相互作用费米气体的相对论热力学势函数,求解了系统力学稳定性的判别式,分析了相互作用、磁场及相对论效应对系统稳定性的影响机理。结果表明,强磁场中弱相互作用费米气体的力学稳定性会受到弱相互作用的影响,强磁场对这种影响具有调节作用,而相对论效应对相互作用的影响基本没有调节作用。     

Relativity stability of quantum gas in a weak magnetic field

Based on the analytical expression of relativistic free energy for a weakly interacting Fermi gas in a weak magnetic field, by using the method of quantum statistics, the stability conditions of the system at both high and low temperatures are given, and the effects of magnetic field and interparticle interactions on the stability of the system are analysed. It is shown that at high temperatures, the stability conditions of the system are completely the same, no matter whether it is the ultrarelativistic case or nonrelativistic case. At extremely low temperatures, the mechanical stability conditions of the system show a similar rule through a comparison between the ultrarelativistic case and nonrelativistic case. At the same time, thermal stability of a relativistic Bose gas in a weak magnetic field is discussed, and the influence of the effect of relativity on the thermal stability of the system is investigated.     

Relativistic thermodynamic properties of a weakly interacting Fermi gas in a weak magnetic field

This paper derives the analytical expression of free energy for a weakly interacting Fermi gas in a weak magnetic field, by using the methods of quantum statistics as well as considering the relativistic effect. Based on the derived expression, the thermodynamic properties of the system at both high and low temperatures are given and the relativistic effect on the properties of the system is discussed. It shows that, in comparison with a nonrelativistic situation, the relativistic effect changes the influence of temperature on the thermodynamic properties of the system at high temperatures, and changes the influence of particle-number density on them at extremely low temperature. But the relativistic effect does not change the influence of the magnetic field and inter-particle interactions on the thermodynamic properties of the system at both high and extremely low temperatures.     

强磁场中Fermi气体的稳定性及顺磁性

运用理论解析和数值模拟的方法,研究强磁场中Fermi气体在低温下的稳定性及顺磁性, 分析温度、磁场对稳定性及磁化率的影响.研究结果显示,强磁场引起系统稳定性的改变, 这种改变与温度有关,而温度对稳定性改变及磁化率的影响又与自由气体的化学势即粒子数密度有关. 当自由系统的化学势为偶数时,磁场弱化系统的稳定性,温度升高可降低系统的磁化率; 当自由系统的化学势为奇数时,磁场强化系统的稳定性,温度升高可增大系统的磁化率. 升高温度,可以弱化磁场对系统稳定性的影响;加强磁场,可以使得系统稳定性的改变发生振荡, 使系统磁化率的振荡中心下移.     

强磁场中超冷费米气体的相对论效应

由单粒子的弱相对论能谱及泊松公式,导出强磁场中费米气体的热力学势函数.在此基础上,运用热力学关系求解低温条件下系统的统计特征量的解析式,分析相对论效应对统计性质的影响机理.研究表明,磁场愈强,相对论效应愈明显.相对论效应引发的单调项与相应的振荡项的振幅相比,对总能,单调项远大于振幅;对化学势及磁矩,单调项与振幅几乎同一量级. 关键词： 强磁场 费米气体 相对论效应     

Heavy ion–acoustic rogue waves in magnetized electron–positron multi-ion plasmas

Non-linear heavy ion-acoustic waves (HIAWs) are studied in a homogeneous magnetized four-component multi-ion plasma composed of inertial heavy negative ions, light positive ions, and inertia-less non-extensive electrons and positrons. The non-linear Schrödinger equation is derived in this model using the perturbation method. The criteria for modulational instability of HIAWs and the basic features of finite-amplitude heavy ion acoustic rogue waves (HIARWs) are investigated. The presence of the magnetic field was found to reduce the amplitude of HIARWs and enhances the stability. It is interesting to note that increasing positive ion mass causes decreases in the amplitude and width of rogue waves, which is opposite behaviour to that demonstrated in the previous study of these waves in an unmagnetized plasma. Furthermore, it is also shown that striking parameters, such as the non-extensive parameter, the positron number density, the electron number density, the electron temperature, and the magnetic field parameter, play an undeniable role on the stability of waves packets. The findings of the present investigation may be of wide relevance to some plasma environments, such as active galactic nuclei, pulsar magnetospheres, and other magnetic confinement systems.